Einleitung

 

Analoger Synthesizer nach der Modulstruktur von Moog

 

Lassen Sie sich durch den kompliziert klingenden Begriff nicht abschrecken. Es handelt sich um die technische Bezeichnung des legendären Tasteninstrumentes, das in den späten Sechzigern die Musik revolutionierte und Gruppen wie Emerson, Lake and Palmer, Yes oder Camel bekannt und zum Teil auch berühmt machte: den Moog-Synthesizer. Das von Robert Moog erfundene Instrument zeichnete sich durch ein damals völlig neuartiges Konzept aus: Die zur Klangbildung verwendeten Oszillatoren und Filter waren spannungsgesteuert, das heißt, die Ausgangsspannungen aller Elemente konnten wiederum zur Beeinflussung aller anderen Elemente herangezogen werden, was dem neuen Instrument bisher nie gekannte Möglichkeiten eröffnete.

 

Das Grundprinzip ist einfach: Über ein Keyboard werden, je nach gedrückter Taste, unterschiedliche Gleichspannungen erzeugt, die einen hörbaren Oszillator (VCO = voltage controlled oscillator) in seiner Tonhöhe steuern. Durch Vorschalten eines Tiefpasses an den VCO-Steuereingang ist es möglich, den Ton des VCOs von einer Note zur anderen gleiten zu lassen (Glissando-Effekt), was bereits ganz typisch nach Synthesizer klingt.

 

Addiert man zu der vom Keyboard kommenden Steuerspannung das Ausgangssignal eines Oszillators niedrigerer Frequenz (LFO = low frequency oscillator) hinzu, so wird der VCO in seiner Frequenz moduliert, was je nach Wellenform des LFO zu weiteren, typischen Klangeffekten führt. Durch Addieren der Ausgangssignale zweier VCOs ergeben sich weitere, typische Synthesizer-Effekte wie Schwebungen, parallele Intervalle oder an eine Orgel erinnernde Oktav-Intervalle. Da sich die Wellenform der VCOs zwischen Dreieck, Rechteck und Sägezahn ändern lässt, hat der Anwender auch einen Einfluss auf die Oberwellenstruktur und damit die Klangfarbe der einzelnen VCOs.

 

Für das nachgeschaltete, spannungsgesteuerte Filter (VCF = voltage controlled filter) eigen sich Signale mit hohem Oberwellenanteil besonders gut. Meistens handelt es sich um einen steilen Tiefpass (24 dB/Oktave), dessen Eckfrequenz sich nach dem Drücken einer Keyboard-Taste nach einem vorgegebenen Schema ändert: Ein Hüllkurvengenerator (ADSR) erzeugt eine Spannung, die ansteigt und wieder abfällt. Folgt die Filter-Eckfrequenz dieser Hüllkurve, so lassen sich unterschiedliche Instrumente damit nachahmen oder nicht existierende, neue Instrumente generieren. All diese Merkmale und noch einige mehr machen den analogen Synthesizer zu einem individuellen Instrument mit einem typischen, unnachahmlichen Klang.

 

Nachteile:

Auf dem Instrument in seiner ursprünglichen, monophonen Form lassen sich leider keine Akkorde, sondern nur einzelne Töne spielen, so wie zum Beispiel bei einem Blasinstrument. Mit der vorgegebenen Analogtechnik wären rein theoretisch zwar auch polyphone Instrumente möglich, aber der technische und finanzielle Aufwand sowie der Platzbedarf für die zahlreichen dafür erforderlichen Module würde schnell auf ein unüberschaubares Maß ansteigen. Die heutigen, mehrstimmigen (polyphonen) Synthesizer funktionieren daher digital und erzeugen ihre Töne nach anderen Prinzipien.

 

Die Anzahl der typischen, deutlich voneinander unterscheidbaren Klangmuster, die innerhalb ihrer Grenzen natürlich stufenlos variabel sind, ist relativ begrenzt. Das liegt an der subtraktiven Klangsynthese des Gerätes, bei dem aus dem fest vorgegebenen Spektrum der Oszillatoren (VCOs) stets ein bestimmter Bereich herausgefiltert wird. Eine Erzeugung zusätzlicher, das Klangbild belebender Oberwellen (wie dies z.B. bei der FM-Synthese der Fall ist) findet hier nicht statt.

 

Dennoch lohnt sich der Aufbau des hier beschriebenen Gerätes, dessen Materialkosten von mehreren hundert Euro (grob geschätzt) deutlich niedriger sind als diejenigen eines gebrauchten, zum Beispiel im Internet angebotenen Minimoog.

 

Es sei jedoch vorweggenommen, dass die folgende Bauanleitung nur für Hobby-Elektroniker mit Praxiserfahrung, handwerklichen Fähigkeiten und Kenntnissen der Analogtechnik (speziell Operationsverstärker) geeignet ist, die außerdem über das notwendige, musikalische Gehör zum Abgleich der zahlreichen Trimmpotis verfügen – oder für ein Team, das die anfallenden Aufgaben auf einzelne Spezialisten auf ihrem jeweiligen Gebiet verteilt.

 

Keyboard

Zum virtuosen Spiel auf dem Synthesizer bedarf es natürlich noch eines Keyboards. Es handelt sich um den einzigen Teil des hier vorgestellten Instruments, den ich nicht selber entwickelt und gebaut, sondern fertig von der Firma Doepfer bezogen habe. Das Keyboard muss eine Tonhöhen-Steuerspannung von 1 V pro Oktave erzeugen (Standard) und bei jedem Tastendruck einen Steuerimpuls (Gate-Impuls) an einem gesonderten Ausgang zur Verfügung stellen. Die Gate-Impuls-Spannung sollte einen Wert zwischen 5 und 10 V aufweisen. Außerdem ist es wichtig, dass das Keyboard bei gedrückter Taste (und einer HIGH-Spannung am Gate-Ausgang) einen kurzen Unterbrechungsimpuls aussendet, wenn gleichzeitig eine weitere Taste gedrückt wird. (siehe Beschreibung "Keyboard-Interface").

 

Durch Verwendung eines entsprechenden Adapters lassen sich auch günstige Midi-Keyboards so erweitern, dass sie den oben beschriebenen Anforderungen genügen.

 

Wichtiger Hinweis

Der hier beschriebene Synthesizer wurde bisher ausschließlich mit dem digitalen CV/Gate-Keyboard A-100 CGK von Doepfer betrieben. Zum jetzigen Zeitpunkt kann ich daher keine Aussage darüber machen, ob bei Verwendung eines anderen Keyboards irgendwelche Änderungen an der Keyboard-Interface-Platine vorgenommen werden müssen. Bitte informieren Sie sich vor dem Nachbau, ob dieses Keyboard noch lieferbar ist und ob es mit oder ohne Gehäuse ausgeliefert wird.

 

Startseite

Oszillatorschaltung

Exponentialkonverter-Hintergrundwissen 

Exponentialkonverter-Schaltung

Sample-and-Hold-Stufe

LFO-Schaltung

VCO-Expo-Platine

S&H/LFO-Platine

Verdrahtung Teil 1 und Blockschaltbild

Mechanischer Aufbau

Triple VCA

Power Supply

VCF

Noise Unit

Hüllkurvengenerator (ADSR)

Verdrahtung Teil 2 (VCA, VCF, 2 x ADSR, Mixer, Noise)