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| ^inh 2018071303 | monograph |
Das Werk "Macbeth-Suite" op.el-3 ist ein einkanaliges einstimmiges (?) elektronisches Werk.
Es besteht (!) aus
(a) einer analog-elektronischen Schaltung, im Jahre 1982 realisiert mit dem
SynLab-Synthesizer des Studios Hofschneider im
Elektronischen Studio der Folkwanghochschule, und
(b) aus einer
mitgeschnittenen Interpretation dieser Schaltung, durchgeführt vom Verfasser zusammen mit
Stephan Förster. Der Titel entstand bei einer baldigen heimischen Vorführung der
entstandenen Kasette, auf Anregung von Berit Klinkenberg.
Die Schaltung ist relativ einfach und doch sehr wirkungsvoll:
+--------+ +--------+ +--------+ +--------+
| FUG | | FUG | | FUG | | FUG | <--- f0..f3
| __ | | __ | | __ | | __ | <--- pb0..pb3
| _| |_ | | _| |_ | | _| |_ | | _| |_ |
+--------+ +--------+ +--------+ +--------+
| |_____ _____| |
|_________________ || _________________|
||||
+--------+
| ___ | <--- h0..h3
| \ | (=a0..a3)
| /__ |
+--------+
|
+--------+
| FUG | <--- fB (=f0)
| _ | (<--- pbB ???)
| __||__ |
+--------+
|
__________________|___________________
| | | |
+--------+ +--------+ +--------+ +--------+ <--- A/D(/S/R) 0..3
| ADSR | | ADSR | | ADSR | | ADSR |
| /\__ | | /\__ | | /\__ | | /\__ |
| / \ | | / \ | | / \ | | / \ |
+--------+ +--------+ +--------+ +--------+
| |_____ _____| |
|_________________ || _________________|
||||
+--------+ <--- a0..a3
| ___ |
| \ | +-------+
| /__ |-->| Hall |
+--------+ +-------+
| ________/
| /
+--------+
| ___ | (<--- aHall)
| \ |
| /__ |
+--------+
|
__/|
|__||
\|
|
Interessant ist an dieser Schaltung nicht nur der klangliche Output (den man sich hier anhören kann), sondern auch dass zur Anwendung kommende Grundprinzip des gezielten Fehlgebrauches.
Dies wiederum geht auf andere Prinzipien zurück: Zunächst ist ja die Idee
des spannungsgesteuerten Synthesizers (voltage controlled synthesizer), dass
alle (a) alle Spannungspegel an denselben Arten von Eingängen immer dieselbe
Bedeutung haben, unabhängig von der Art des Gerätes,
und (b) jeder Ausgang gefahrlos und mit wohldefiniertem Ergebnis an jeden
Eingang angeschlossen werden kann.
1
"Ein(1) Volt Unterschied" bedeutet am Spannungs-Eingang eines jeden
Tongenerators (=Funktionsgenerator=FUG, siehe unten, auch VCO) immer eine Änderung
der Frequenz des ausgegebenen Signales
um genau eine Oktave; am Amplituden-Kontroll-Eingang eines jeden Abschwächers
(Voltage Controlled Amplifier=VCA) bedeutet es "6dB", also "doppelt so laut/leise".
Das damit realisierte mathematische Grundprinzip ist das der freien Kompositionalität.
Allerdings ist in vielen Synthesizer-Systemen dieses Prinzip nur für begrenzte Ausschnitte
aus dem theoretisch möglichen gesamten Wertebereich umgesetzt, für welche die
Implementierung schaltungstechnisch einfach zu realisieren ist, nicht zuletzt aus
Kostengründen.
2
Der SynLab ist allerdings ein High-End Synthesizer, dessen Erbauer
Hofschneider, Berlin, den
Ehrgeiz hatte, über weitestmögliche Strecken die höchste Genauigkeit der Wellenformen
zu produzieren. So sollten z.B. von minus 10 bis plus 10 Volt Steuerspannung, also
über 20 Oktaven, die Funktionsgeneratoren gleichbleibend mit einer Genauigkeit von
Bruchteilen eines Hertzes an Abweichung ansteuerbar sein, was ihm grundsätzlich
(durch Einsatz teuerster Bauteile, durch temperaturkompensierende Schaltungselemente und
letztliches Vergießen der ganzen Schaltung in isolierendes Harz) auch triumphal gelungen
ist.
3
Aus diesen Ansprüchen folgte das grundlegende Betriebsparadigma des SynLab, dass
alle Typen von Schaltungen „bruchlos“ in allen Frequenzbereichen benutzt werden konnten.
Dies ermöglicht wiederum das Prinzip des gezielten Fehlgebrauches: Geräte, die eigentlich für hörbare Tonhöhen entwickelt wurden, werden in den unteren Frequenzbereichen für die Generierung von Rhythmus verwendet, und umgekehrt Hüllkurvengeneratoren, die normalerweise "relativ langsame" Signale erzeugen, werden zum Klingen gebracht.
In der obersten Zeile obenstehender Schaltungsskizze stehen vier Tongeneratoren, also Oszillatoren, die normalerweise dazu dienen, hörbare Spannungsverläufe zu erzeugen. Ihre Kurvenform kann umgeschaltet werden zwischen Sinus, Dreieck, Sägezahn und Rechteck, was unterschiedliche Obertonanteile und damit unterschiedliche Rauhigkeiten im Klang bedeutet. Da sie aber in allen Frequenzbereichen benutzt werden können, heißen sie ganz allgemein Funktionsgeneratoren (FUG). Sie werden in der Macbeth-Suite eben nicht für klingende, hörbare Signale benutzt, sondern als "Melodie-Generator". Dazu werden sie als Pulsgeneratoren betrieben, dh. sie erzeugen eine Sprungfunktion zwischen 0 und 10 Volt, deren Pulsbreite (nur manuell) einstellbar ist:
_____ _____ ___| |__________| |______ |
Sie arbeiten jeweils mit einer
Frequenz von ca. vier (schon recht schnelle Bewegungen) bis hinunter zu ca. einem Achtel Hertz
(= eine Wellenform dauert acht Sekunden),
werden in einem Addierer (Zeichen "großes Sigma" in obiger Schaltungsskizze)
aufaddiert und erzeugen so einen Spannungsverlauf, der den Grundton der hörbaren Melodie
bestimmt.
Die jeweils manuell einstellbaren Werte, die während der Interpretation der Schaltung
von uns betätigt wurden, sind oben jeweils rechts aufgeführt. Für die Melodiedefinition
sind dies
Folgendes Bild zeigt (vereinfacht auf drei FUG) das Prinzip der Melodiegenerierung:
FUG0 _______________ ________________ __________________
| | | | | |
___| |____| |____| |_____
FUG1 _ _ _ _ _
_____| |_________| |_________| |_________| |_________| |_____________
FUG2 ___________________________
__________________________________| |______
_
SUMME _ _ _ ____ ________| |______
_| |_________| | _____| |__| | _ | |_
| | | |_| |_| |
___| |____| |_____
|
Man erkennt leicht, dass die Verhältnisse der "Hübe", also h0 .. h3, die Menge
der "möglichen Melodietöne" definieren, da ja alle (16) möglichen Kombinationen von
"momentan oben" und "momentan unten" der vier FUG einen Melodieton hervorbringen. Also
bestimmt das Verhältnis von h0 bis h3 die Harmonik der Melodie.
Die Verhältnisse der Frequenzen f0..f3 und Pulsbreiten pb0..pb3 hingegen definieren
die auftretenden Rhythmen der Tonwechsel.
Dabei ist ästhetisch wichtig, dass die Phasenlagen der Generatoren nicht
kontrollierbar sind, die Auswahl aus den vordefinierten "möglichen Melodietönen"
also immer nur zufällig erfolgen kann.
Mit dieser Spannungskurve wurde nun die Frequenz eines weiteren FUG angesteuert. Dieser läuft nun allerdings im hörbaren Bereich, mit einer Grundfrequenz fB, auf die die Melodiekurve aufaddiert wird. Er generiert ebenfalls eine Puls-Funktion mit wechselnder Pulsbreite. 4
Dieser geht an den "Tor-" und den "Trigger-Eingang" von vier Hüllkurvengeneratoren (ADSR). Deren Ausgänge werden zusammengemischt, stark verhallt und bilden das hörbare Ergebnis.
Die ADSR werden ebenfalls "gezielt fehlgebraucht":
Sie sind eigentlich gemeint als Hüllkurvengeneratoren,
die mit dem Kontrolleingang eines VCA verbunden werden, dessen anderer Eingang ein
klingendes Signal ist, um dessen Hüllkurve = dessen Lautstärkeverlauf zu formen.
Sie sollten also arbeiten in Bereichen von 20 Millisekunden (relativ hartes Einsetzen
eines Tones) bis hin zu zehn Sekunden (sanftes Verklingen), etc.
Hier nun werden sie in den Bereichen bis hinunter zu ca. 100 Mikrosekunden betrieben,
also im Klingenden. Sie dienen also nicht dazu, die Lautstärkekurven von
hörbaren Signalen zu überformen, sondern werden selber klingend.
Ihre Definition ist wie folgt: Beim Vorliegen eines hohen Pegels (="logisch wahr"= größer 5 Volt) an ihrem "Tor-Eingang" (="gate") und beim Eintreffen einer "steigenden Flanke" an ihrem "Trigger-Eingang" (= Übergang von unter 5 Volt auf über 5 Volt) beginnen sie mit der Hüllkurvenfunktion an ihrem Ausgang. Diese steigt von 0 auf 10 Volt mit einer einstellbaren Steilheit namens Attack (A) und geht von 10 Volt wieder zurück mit einer einstellbaren Steilheit namens Decay (D) auf einen einstellbaren Haltewert namens Sustain (S), der zwischen 0 und 10 Volt liegen kann. Dort bleibt die Funktion so lange bis der Gate-Eingang "weggeht", um dann mit der einstellbaren Steilheit Release wieder auf 0 Volt zu fallen. Ihr ursprünglicher Zweck war (in der historischen Entwicklung, seit ihrer Erfindung durch Moog und andere) die Ansteuerung einer elektronischen Klangsynthese durch eine (einstimmige) Klaviatur: Diese sendet beim Niederdrücken einer Taste ein Gate und einen Trigger und nimmt das Gate weg, wenn die Taste losgelassen wird. So kann also mit den Einstellungen für A und D ein "Anschlagsverhalten" eines Instrumentes simuliert werden, und mit S und R das "Aushalten eines Tones".
Wichtig ist nun, dass die ADSR-Implementierungen im SynLab-System nur in der Sustain-Phase retriggerbar sind. Also wenn während eines gehaltenen Gate-Wertes ein neuer Trigger kommt (= Spannung am Trigger-Eingang fällt unter den Grenzwert und geht dann wieder rauf) dann hat das während der initialen A- und D-Phase keinerlei Auswirkungen; nach der D-Phase bewirkt es hingegen ein Wieder-Anfangen der Hüllkurvengenerierung.
Die folgende Darstellung illustriert all diese Gegebenheiten:
Tor ________________________________________
_______| |_________
Trigger _____________ _ __________________________
_______| |____| |_|
(*)
Ausgang
/\ /\
/ \ __________/ \ _____________
_______/ \ _______
A--- D--- S-----> A- D--- S-----> R
|
Für die Produktion der Macbeth-Suite ist entscheidend, dass alle Trigger
an einer Position ähnlich wie "(*)" kein Re-Triggern der ADSR-Kurve bewirken. Deshalb können
die ADSR als subharmonische Teiler eingesetzt werden.
Der in obiger Schaltungsskizze einzeln stehende FUG generiert ein Pulssignal welches
nun tatsächlich im hörbaren Bereich liegt. Dieses geht an die Trigger-Eingänge
der vier ADSR.
5
Je nachdem, wie lange nun die A- und D-Phasen eines gegebenen ADSR eingestellt sind,
"verpasst" dieser eine bestimmte Anzahl "n-1" von Trigger-Impulsen.
Deshalb bildet seine Ausgangskurve ein Signal, das die Eingangsfrequenz im Faktor
"n" subharmonisch teilt:
Trigger _ _ _ _ _ _ _
__||____||____||____||____||____||____||______
ADSR0 / \ / \ / \ / \
/ \ / \ / \ / \
/ \ / \ / \ / \
ADSR1 / \ / \ / \
/ \ / \ / \
/ \____/ \____/ \____
|
Teiltöne = Sinus-Töne, die mit einem Mehrfachen der Grundfrequenz
schwingen, sind Bestandteil eines jeden natürlichen Klangereignisses.
Hingegen kommen Unter-Töne, also solche, die eine mehrfache Periodendauer und
entsprechend geteilte Frequenz haben, in der Natur fast nie vor.
Der moll-Dreiklang in der Musik aber ist ein Ausschnitt aus diesem Unterton-Spektrum:
Quinte, moll-Terz und Grundton verhalten sich wie die Umkehrung des Dur-Dreiklanges,
also in ihren Frequenzen wie f/4, f/5 und f/6.
6
Aus diesem im Verlauf der Stimmen potentiell ubiquitären moll-Dreiklang resultiert auch
der grundlegend "düstere" Stimmungseindruck der Macbeth-Suite.
Unser Gehör, das sich ja an den Eingabedaten aus der Umwelt herausgebildet hat, fasst zusammen auftretende Obertöne in der Wahrnehmung zu einem einzigen Schallereignis zusammen. Nicht so bei "Unter-Tönen", die sehr oft als "eigene Stimmen" aufgefasst werden. Dadurch, und durch die starke Verhallung, die kurze melodische Ausreißer ebenfalls als Einwürfe einer "eigenen Stimme" erscheinen läßt (da ihr Verklingen mit der folgenden Tonhöhe überlappt), kann der Eindruck einer mehrstimmigen Komposition entstehen, obwohl die Klangsynthese als solche nur in einer einzigen Melodiesteuerkurve und ihrer subharmonischen Teilung besteht.
Dabei ist entscheidend, dass die ADSR-Frequenzteile ja mit festen Dauernwerten eingestellt sind, also für verschiedene Trigger-Frequenzen unterschiedliche Teilungsfaktoten ergeben. Während in der Skizze oben ADSR 0 und 1 im Verhältnis 2 und 3 teilten, bewirken dieselben A- und D-Einstellungen bei einem höherfrequenten Triggersignal die Teilungen durch 3 und 4:
Trigger _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
__||__||__||__||__||__||__||__||__||__||__||__||__
ADSR0 / \ / \ / \ / \
/ \ / \ / \ / \
/ \ / \ / \ / \
ADSR1 / \ / \ / \
/ \ / \ / \
/ \__/ \__/ \_
|
Das führt dazu, dass die klingenden ADSR die Steuermelodie in Intervallabständen abbilden, die sich jeweils an verschiedenen Stellen scheinbar spontan ändern, was den Eindruck von "Polyphonie" verstärkt.
Im SynLab-Synthesizer waren leider eine ganze Reihe von Eingangswerten nicht spannungssteuerbar, sondern nur durch die Drehknöpfe an der Frontplatte der Geräteeinheit. Das wurde von den komponierenden Studenten oft schmerzlich vermisst. In unserem Falle sind das die Pulsbreiten der FUG und alle vier Parameter der ADSR.
Bei der Interpretation der Schaltung (s.o.) wurden auch weitere und potentiell fernsteuerbare Eingangsparameter (f0..f3, fB, h0..h3) durch die Drehregler eingestellt, für eine einheitliche und überschaubare Handhabung. 7 Insgesamt spielten die Interpreten mit folgenden Größen, wie oben eingezeichnet:
Zusammenfassend ist es doch recht überraschend, wie mit einer solch simplen (und letztlich einstimmigen) Grundidee ein doch recht stimmungsvolles und inhaltsreiches Werk geschaffen werden konnte.
1 Dies Prinzip wurde in den Sechziger Jahren von verschiedenen Entwicklern vorangetrieben und letztlich "de facto normiert". Erste dokumentierte Realisierung ist der "spannungsgesteuerte Oszillator (VCO)" von Robert Moog, 1964.
2 Derartige System behinhalten z.B. "VCO" genannte Module als Funktionsgeneratoren im hörbaren Bereich, getrennt von speziellen "LFO = Low Frequency Oscillator" im Bereich der Steuerspannungen / Rhythmen.
3 Was auch exorbitante Preise für jedes einzelne Modul zur Folge hatte, sodass von diesem System weltweit nur zwei gebaut wurden: Folkwanghochschule in Essen und TU Berlin.
4 Ob diese allerdings von uns überhaupt dynamisch manuell verändert wurde oder nur einmal eingestellt und dann so belassen, ist heute leider nicht mehr bekannt.
5 Ob auch die Tor-Eingänge von diesem Fug bedient wurden oder konstant auf 10 Volt lagen, wissen wir leider nicht mehr.
6 Eine nicht unerhebliche Minderheit von Hamonielehren, die sog. "dualistischen", leiten den moll-Dreiklang von einem theoretischen "Unterton-Spektrum" ab, analog zum Dur-Dreiklang aus dem "Oberton-Spektrum" (besser: Partialton-Spektrum).
7 Der SynLab-Synthesizer wurde ergänzt durch vierzig Zentimeter lange Präzisions-Schieberegler, die normalerweise zur manuellen Spannungsgenerierung eingesetzt wurden.
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