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28.03.2020

Synthesizer und Sounddesign #4 - LFO

Synthesizer Sounddesign für Einsteiger

LFOs beim Sounddesign effektiv einsetzen

Willkommen zu einer neuen Folge unseres Crashkurses Synthesizer und Sounddesign. In Folge 4 befassen wir uns mit dem LFO, oder Low Frequency Oscillator. Wir zeigen, wie ein LFO funktioniert und was man beim Sounddesign damit machen kann.

In der letzten Folge ging es um Hüllkurven, mit denen man Klangparameter im Zeitverlauf regeln kann. Wie Hüllkurven gehören auch LFOs zu den Modulationsquellen eines Synthesizers, die dazu dienen, andere Einstellungen zu beeinflussen und automatisch zu regeln. Doch es gibt einige wichtige Unterschiede. Wie ein LFO arbeitet, wie man ihn richtig einstellt und verwendet und welche Möglichkeiten er beim Sounddesign bietet, erfährst du in dieser Folge.

Quick Facts: LFO

Was ist ein LFO?

Die Abkürzung LFO steht für “Low Frequency Oscillator”. Ein LFO ist ein Oszillator, der mit einer niedrigeren Frequenz schwingt als die Oszillatoren, die zur Klangerzeugung dienen. In den meisten Fällen liegt die Frequenz von LFOs unterhalb des für Menschen hörbaren Bereichs, also unterhalb von ca. 20 Hz. Es gibt jedoch auch LFOs, deren Frequenzbereich bis in den hörbaren Bereich hineinreicht, was beim Sounddesign interessante Möglichkeiten eröffnet – mehr dazu in einer späteren Folge dieses Workshops.

Anders als die Hauptoszillatoren dient ein LFO nicht primär dazu, hörbare Schwingungen zu erzeugen. Stattdessen wird seine Schwingung zur Beeinflussung von Klangparametern wie Filter Cutoff, Tonhöhe oder Lautstärke genutzt. Damit gehören LFOs wie die Hüllkurven zu den sogenannten Modulationsquellen.

Im Gegensatz zur Hüllkurve, die eine einstellbare Kurve einmal durchläuft, erzeugt ein LFO ein zyklisches, wiederkehrendes Modulationssignal. Dadurch lassen sich mit ihm Effekte wie Vibrato, Tremolo und mehr erzeugen.

Welche Parameter lassen sich durch einen LFO modulieren?

Wie bei den Hüllkurven hängt dies stark davon ab, wie flexibel der Synthesizer aufgebaut ist und welche Möglichkeiten der Verknüpfung von Modulationsquellen und -zielen er bietet. Bei den meisten Synthesizern ist zumindest eine LFO-Modulation der drei wichtigsten Parameter Tonhöhe (Oscillator Pitch), Filter Cutoff und Lautstärke möglich. Verfügt ein Synthesizer über Pulsbreitenmodulation (PWM), so ist auch diese in der Regel per LFO steuerbar.

Bei Synthesizern mit flexiblen Modulationsmöglichkeiten wie einer Modulationsmatrix lassen sich darüber hinaus zahlreiche weitere Parameter per LFO steuern, wie zum Beispiel die Lautstärke der Oszillatoren im Mixer, Effekteinstellungen oder sogar die Einstellungen der LFOs selbst. Hier hängen die Möglichkeiten ganz vom jeweiligen Synthesizer ab.

Welche Schwingungsformen erzeugt ein LFO?

Welche Schwingungsformen ein LFO anbietet, hängt vom jeweiligen Synthesizer ab. Üblicherweise findet man eine Auswahl der gleichen Grundschwingungsformen, die auch die klangerzeugenden Oszillatoren bieten, sowie ggf. einige weitere, die hauptsächlich bei LFOs vorkommen. In der Regel werden die Schwingungsformen mit einem Schalter oder Taster umgeschaltet; es gibt aber auch Synthesizer, deren LFOs eine stufenlose Überblendung der Schwingungsformen ermöglichen. 

Dreieck (Triangle)

Ein LFO mit einer Dreieckschwingung erzeugt ein fließendes, gleichmäßiges Modulationssignal, das sich für viele Zwecke eignet. Klassische Einsatzgebiete eines LFOs mit Dreieckschwingung sind zum Beispiel Vibrato (Tonhöhenmodulation), Pulsbreitenmodulation oder Auto-Pan.

Sinus (Sine)

Wie beim Dreieck ist das Modulationssignal bei einem LFO mit Sinusschwingung fließend. Anders als beim Dreieck verläuft die Modulation aber nicht linear vom Minimum zum Maximum und zurück, sondern in Form einer Kurve. Hier hörst du eine Tonhöhenmodulation mit einer Sinusschwingung, und dann zum Vergleich das Dreieck. Sie klingen ähnlich, aber der Verlauf der Modulation weist subtile Unterschiede auf.

Rechteck (Square, Pulse)

Ein LFO mit Rechteckschwingung erzeugt ein Modulationssignal, das zwischen zwei Werten hin und her springt. Es lässt sich beispielsweise einsetzen, um einen Triller zwischen zwei Tönen zu erzeugen oder rhythmisch zwischen zwei Filter-Cutoff-Werten zu wechseln. Eine Rechteck-Modulation der Lautstärke ergibt einen Tremolo-Effekt. In Verbindung mit analogen Sequenzern, Drum Machines oder Modularsystemen kann eine Rechteckschwingung auch als Clock-Signal (Zeitgeber) zur Synchronisation von Geräten genutzt werden.

Sägezahn (Saw, Ramp)

Ein LFO mit Sägezahnschwingung erzeugt ein Modulationssignal, das fließend ansteigt und dann abrupt absinkt. Manche Synthesizer bieten zwei Varianten der Sägezahnschwingung: eine steigende und eine fallende (Reverse Sawtooth). Sie lassen sich am besten für rhythmische Modulationen einsetzen.

Random (stufig) / Sample&Hold

Viele Synthesizer bieten eine LFO-Modulation aus stufigen, zufällig wechselnden Werten mit einer einstellbaren Geschwindigkeit. Nach der zugrundeliegenden Schaltung wird diese oft als S&H (Sample&Hold) bezeichnet. Sie eignet sich am besten, um Elementen in Pads und Drones etwas rhythmische Bewegung zu verleihen.

Random (fließend)

Manche Synths bieten diese Option, die einen ebenfalls zufälligen, aber geglätteten Verlauf hat. Sie eignet sich beispielsweise für sanfte Schwebungen, die unkontrolliert und somit “analog” wirken sollen.

Vor allem bei digitalen Synths und Software-Synths findet man mitunter noch weitere, speziellere LFO-Schwingungsformen und Mischformen, die entsprechend komplexere Modulationsverläufe möglich machen. In diesem Workshop werden wir uns aber auf die wichtigsten Schwingungen konzentrieren.

LFO Rate und Synchronisation

Neben der Schwingungsform ist die Geschwindigkeit (Frequenz) der Modulation die zweite wichtige Einstellung eines LFOs. Sie wird bei den meisten Synthesizern mit Rate oder Frequency bezeichnet. Meist wird sie mit einem Dreh- oder Schieberegler eingestellt. Ein praktisches Detail einiger Synthesizer ist eine LED, die mit der Frequenz des LFOs blinkt oder sogar den Verlauf der Schwingung durch ihre Helligkeit andeutet. So bekommt man einen visuellen Eindruck der LFO Rate, was vor allem auf der Bühne hilfreich sein kann.

Für rhythmische Modulationen im Rhythmus der Musik bieten viele Synthesizer die Möglichkeit, die LFO Rate zu externen Geräten wie einem Sequenzer oder einer DAW zu synchronisieren. Das geschieht heute meist über ein MIDI-Clock-Signal, seltener auch über ein analoges Clock-Signal. Sofern der Synthesizer diese Möglichkeit bietet, sind mit dem Rate-Regler bei aktivierter Synchronisation meistens die Notenwerte im Verhältnis zur BPM-Zahl einstellbar, also Schwingungen mit einer Dauer einer Viertelnote, Achtelnote, Sechzehntelnote usw.

Sehr schnelle LFOs, deren Rate bzw. Frequenz sich bis in den hörbaren Bereich steigern lässt, eignen sich zur Frequenzmodulation von Oszillatoren und Filtern. Das ist ein ganz eigener Bereich des Sounddesigns, der neue Möglichkeiten eröffnet und dem wir uns in einer späteren Folge dieses Workshops widmen werden.

LFO Depth

Die Intensität, mit der der LFO auf den jeweils zu steuernden Parameter wirkt, wird bei den meisten Synthesizern mit LFO Depth, LFO Int(ensity) oder LFO Amount angegeben. Dieser Regler bestimmt also beispielsweise, ob eine Modulation der Tonhöhe nur sanfte Schwebungen oder heftige Ausschläge bewirkt.

Wie bei den Hüllkurven gibt es bei verschiedenen Synthesizern keinen einheitlichen Standard dafür, wo dieser Regler zu finden ist. Einige Synthesizer haben bei den verschiedenen steuerbaren Parametern (z.B. Filter-Cutoff, Oszillatoren, Amp) jeweils eigene Regler für die LFO-Modulation. Bei anderen Synthesizern weist man den LFO innerhalb der LFO-Sektion oder über die Modulationsmatrix den gewünschten Zielen zu und steuert die Stärke der Modulation dann mit dem Regler Depth in der LFO-Sektion. Hier muss man sich bei jedem Synthesizer von Neuem damit vertraut machen, welches Verfahren genutzt wird.

Key Sync, Phase und Delay

Die Einstellung Key Sync (auch Key Trig, Retrigger, KB Reset o.ä. genannt) bestimmt, ob der LFO frei schwingt oder seine Schwingung bei jedem Tastendruck von vorn beginnt. Welche Einstellung man hier wählt, hängt davon ab, ob und wie die LFO-Modulation rhythmisch ins Spiel einbezogen werden soll. Frei schwingende LFOs eignen sich vor allem für leichte Modulationen ohne rhythmischen Bezug zu den gespielten Tönen, etwa für sanfte Tonhöhenmodulationen zur Erzeugung eines schwebenden Klangcharakters. Wenn der LFO zum rhythmischen Charakter eines Sounds gehört, zum Beispiel bei sogenannten “Wobble-Bässen” und ähnlichen Sounds, sollte Key Sync aktiviert werden.

Phase

Zusätzlich zum Parameter Key Sync gibt es bei einigen Synthesizern die Möglichkeit, die Phase der LFO-Schwingung zu verschieben (Phase Shift). Damit lässt sich der Punkt auf der LFO-Schwingung bestimmen, an der der LFO beim Tastendruck seine Schwingung beginnt.

Delay

Einige Synthesizer bieten die Möglichkeit, den Einsatz des LFOs zeitlich zu verzögern (Delay). Auch dies wird zumeist in Verbindung mit Key Sync gebraucht. Wenn diese Einstellung vorhanden ist, lässt sich hier einstellen, mit welcher Verzögerung der LFO nach dem Drücken einer Taste aktiv wird und zu schwingen beginnt.

Beispielsound 1: Retro Strings

Für die beiden Beispielsounds in dieser Folge habe ich den Freeware-Synthesizer TAL Noizemaker verwendet. Der ist zwar schon etwas älter, aber sehr übersichtlich und einfach zu bedienen und eignet sich daher sehr gut für unsere Zwecke. Der Software-Synth läuft auf Windows und macOS als VST-, AU- und AAX-Plug-In. Ihr könnt ihn hier herunterladen:

TAL Noizemaker

Der erste Beispielsound ist eine Synth-String-Fläche nach Art der analogen String Machines der 1970er Jahre. Beide LFOs des Noisemaker kommen zum Einsatz: LFO1 übernimmt die Pulsbreitenmodulation, während LFO2 die Stimmung von Oszillator 2 moduliert.

Den Ausgangspunkt für die Soundprogrammierung bildet das Preset Noizemaker_INIT, das dem Downloadpaket am Ende dieses Artikels beiliegt. Ihr könnt es einfach mit dem Button LOAD PRESET in das Plug-In laden. Es besteht nur aus einer Sägezahnschwingung von Oszillator 1 und klingt so:

Als erstes stellen wir Oszillator 1 auf eine Puls- bzw. Rechteckschwingung um. Dazu wählt ihr Pulse aus der Liste in der Sektion OSC1. In der Master-Sektion wird die Lautstärke von OSC1 auf etwa -7 dB reduziert, damit der Sound später nicht übersteuert (Werte werden während des Einstellens rechts unten im Plug-In-Fenster unter “Display” eingeblendet).

Nun kommt die Pulsbreitenmodulation hinzu. Wählt zunächst für LFO1 eine Dreieckschwingung aus. Dazu haltet ihr die Maustaste auf dem kleinen Feld mit der Schwingungsgrafik gedrückt und zieht die Maus nach oben. Dann stellt ihr eine Rate von etwa 3,75 ein.

Den LFO1 Amount dreht ihr nun auf etwa 0,3 auf und wählt als Modulationsziel aus der Liste rechts daneben “PW” für Pulse Width (Pulsbreite). Jetzt steuert der LFO1 die Pulsbreite von Oszillator 1. Mit den Werten für Rate und Amount könnt ihr experimentieren, um ein Gefühl für den Effekt zu bekommen.

Um den Sound etwas breiter und voller zu machen, bringen wir nun OSC2 dazu. Dieser ist auf eine Sägezahnschwingung voreingestellt, was wir so belassen. Dreht Tune auf +12 Halbtöne und in der Master-Sektion den Lautstärkeregler für OSC2 auf etwa -11 dB. Jetzt klingt OSC2 eine Oktave über OSC1 und wird diesem hinzugemischt.

Die Stimmung von OSC2 soll nun ganz leicht mit einem LFO moduliert werden, um subtile Schwebungen zu erzeugen, wie sie typisch für analoge Synthesizer sind. Dafür nehmen wir LFO2. Dieser ist auf eine Sinusschwingung voreingestellt, was wir so belassen. Stellt für die LFO2 Rate einen sehr langsamen Wert von ca. 0,05 Hz ein.

Als Modulationsziel wählt ihr aus der Liste Osc2. Dann dreht ihr den Regler für LFO2 Amount ganz leicht auf, in diesem Beispiel steht er auf etwa 0,001.

Wie es klingt, wenn “Amount” für LFO2 zu weit aufgedreht wird, hört ihr im nächsten Beispiel. Für die subtilen Schwebungen, die wir erreichen wollen, wäre das natürlich viel zu viel.

Nun stellen wir die Lautstärkehüllkurve (Amp Envelope) ein. Für diesen String-Sound wählt ihr einen Attack-Wert von ca. 0,3 und einen Release-Wert von etwa 0,5.

Fehlt noch das Filter. Für diesen Retro-Flächensound passt ein Tiefpassfilter mit 12 dB Flankensteilheit gut. Wählt aus der Liste neben dem Wort “Filter” den Eintrag LP 12 dB. Cutoff stellt ihr auf etwa 0,6 und Resonance auf etwa 0,3.

Auch das Filter soll leicht von einer Hüllkurve moduliert werden. Dazu stellt ihr für Attack und Release etwa die gleichen Werte wie bei der Lautstärkehüllkurve ein. Die Intensität der Filterhüllkurve wird beim Noizemaker mit dem Regler CONT (für Contour) eingestellt. Diesen dreht ihr auf ca. 0,4.

Nun ist der Grundsound fertig. Mit ein paar Effekten können wir den Sound noch verfeinern. Wechselt zur Ansicht CONTROL, wo sich u.a. die integrierten Effekte des Noizemaker verbergen. Hier klickt ihr den Chorus Typ II an, der sich nur aktivieren, aber nicht weiter einstellen lässt. Außerdem könnt ihr mit den Reglern der Reverb-Sektion etwas Hall hinzufügen. Und damit sind unsere Retro Strings fertig.

Das Downloadpaket am Ende dieses Artikels enthält den fertigen Sound zum Import in das Plug-In – einmal mit und einmal ohne die Effekte.

Beispielsound 2: Sync Lead

LFOs kommen auch häufig zum Einsatz, um die Stimmung eines synchronisierten Oszillators zu modulieren, was interessante Effekte ergibt. Im zweiten Beispielsound dieser Folge habe ich dieses Prinzip genutzt. 

Was ist Oszillator-Synchronisation (Sync)?

Bei der Synchronisation (Sync) eines Oszillators zu einem anderen wird der synchronisierte Oszillator immer dann an den Anfang seiner Schwingung zurückgesetzt, wenn der andere Oszillator seine Schwingung neu beginnt. Sind die Oszillatoren unterschiedlich gestimmt, dann ergeben sich interessante Obertonstrukturen, die durch die Tonhöhenmodulation des synchronisierten Oszillators in Bewegung gesetzt werden können. Mehr zum Thema Synchronisation (Sync) von Oszillatoren erfahrt ihr hier.

Auch bei diesem Sound beginnen wir mit dem Preset Noizemaker_INIT, das dem Downloadpaket beiliegt. Es klingt so:

Da wir einen monophonen Leadsound programmieren, stellt ihr zunächst in der Master-Sektion unter VOICES “mono” ein. Das bezieht sich nicht auf mono als Gegenteil von stereo, sondern auf “monophon”, also einen Sound, der nur einen Ton gleichzeitig erzeugen kann – ideal für einen Leadsound.

Oszillator 1 ist auf eine Sägezahnschwingung eingestellt, was wir so belassen. Für Oszillator 2 wählt ihr aus der Liste eine Rechteckschwingung aus (Pulse). Mit dem Regler Tune wird OSC2 eine Oktave höher als OSC1 gestimmt (+12 Halbtöne). In der Master-Sektion dreht ihr den Lautstärkeregler für OSC2 auf etwa -10 dB auf. 

Nun wählt ihr für LFO1 eine Dreieckschwingung aus, stellt die Rate auf etwa 0,75 Hz und aktiviert mit dem Button Key Trig die Key-Sync-Funktion des LFOs. Dadurch beginnt die Schwingung immer von vorn, wenn eine Note gespielt wird.

Als Modulationsziel wird OSC2 gewählt und der Regler LFO2 Amount wird auf etwa 0,05 aufgedreht. Nun moduliert LFO2 die Tonhöhe von Oszillator 2, was zunächst fürchterlich verstimmt klingt:

Aber so soll es ja auch nicht bleiben. Als nächstes aktivieren wir die Oszillatorsynchronisation, wodurch OSC2 zu OSC1 synchronisiert wird. Dafür klickt ihr den Button SYNC in der Master-Sektion an. Nun wirkt die Tonhöhenmodulation nicht mehr störend, sondern ergibt interessante Veränderungen der Klangfarbe:

Mit der Beispielmelodie klingt das nun so:

Kommen wir nun zum Filter und zu den Hüllkurven. Beim Filter wählt ihr einen Cutoff-Wert von ca. 0,65 und einen Resonanzwert von etwa 0,4. Die Hüllkurve stellt ihr so ein: Attack 0,4, Decay 0,4, Sustain ‘Null’, Release 0,35. Mit dem Regler CONT wird die Intensität der Filterhüllkurve bestimmt; im nächsten Beispiel steht er auf ca. 0,4.

Auch die Lautstärkehüllkurve bekommt eine Release-Zeit von etwa 0,4.

Bei einem monophonen Lead-Sound macht sich oft etwas Portamento sehr gut. Das Portamento wird durch Auswahl von ‘on’ aus der Liste in der Master-Sektion aktiviert. Dann dreht ihr den danebenliegenden Regler PORTA zu etwa 1/3 oder nach eurem Geschmack auf und stellt somit die Portamento-Zeit ein.

Damit ist der Grundsound fertig. Auch hier können wir aber noch einige Effekte einsetzen, die in der Ansicht CONTROL zu finden sind. Zunächst schiebt ihr den Regler für FILTER DRIVE etwas auf, wodurch das Filter leicht übersteuert wird und eine leichte Verzerrung hinzukommt.

Schließlich können wir etwas Delay hinzufügen. Welche Einstellungen hier sinnvoll sind, hängt stark von dem Track ab, in dem der Sound verwendet werden soll. Experimentiert unbedingt mit den Einstellungen für die Delayzeit, Feedback und Wet (Effektanteil). Welche Einstellungen ich in etwa verwendet habe, seht ihr auf dem nächsten Bild.

Und damit ist unser Sync Lead fertig! Auch diesen Sound findet ihr in zwei Varianten im Downloadpaket am Ende des Artikels.

Schlusswort

LFOs sind vielseitige Werkzeuge, um Bewegung und Leben in Synthesizer-Sounds zu bringen. Sie eignen sich nicht nur für Standardeffekte wie Vibrato und Tremolo, sondern auch für subtile Schwebungen, sanfte Modulationen und zahlreiche speziellere Sounddesign-Tricks. Je nachdem, welche Möglichkeiten der jeweilige Synthesizer zur Verknüpfung von LFOs mit Modulationszielen bietet, sind die kreativen Einsatzbereiche sehr vielfältig. Wie immer gilt: Am besten lassen sich die Möglichkeiten durch Ausprobieren erforschen. Viel Spaß dabei!

Download

Hier könnt ihr euch die Beispielsounds aus diesem Artikel für den Freeware-Synth TAL Noizemaker herunterladen. Die Sounds lassen sich einfach durch einen Klick auf LOAD PRESET in das Plug-In laden.

Veröffentlicht am 28.03.2020

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