Bitwig Studio Tutorial #5 – DIY Wavetable-Synth

Flirrend kristalline Synth-Sounds, morphende Bass-Drones oder böser Digital-Trash: Wavetable-Synthese ist der Hit. Zwar gibt es dafür so einige Soft- und auch Hardware-Synthesizer, allerdings bringt Bitwig bereits alles mit, was ein zeitgemäßer Wavetable-Synth braucht.
Hatte ich schon gesagt, dass Bitwig einfach nur großartig klingt? In den vorangegangenen Teilen des Bitwig Basics Workshop haben wir uns eingehend mit Synthesizern, Sounds und Presets beschäftigt. Darin ging es aber meistens um die technischen Vorkehrungen, die für das Spielen und Tweaken von Sounds wichtig sind. Hier soll es nun um den SOUND an sich gehen. Dabei bekommen die Synthesizer Polymer und Poly Grid die volle Aufmerksamkeit.
Keine Sorge, auch dieser Teil des Bitwig Workshops soll vor allem „Basic“ bleiben – es geht hier also nicht darum, sprichwörtlich von null auf hundert in The Grid komplexe Synthesizer-Strukturen zu bauen. Das sollte man als Einsteiger Schritt für Schritt angehen, und dazu gibt es einige gute Tutorials im Dashboard-Bereich.

Download: DIY Wavetable Synth-Preset

Ich möchte euch mit dieser Folge des Bitwig-Basics-Workshop eher einen Überblick darüber verschaffen, welche fantastischen Möglichkeiten das Modular-System Poly Grid bieten kann und welche hohe Klangqualität man hier bekommt. Zum Thema habe ich den Wavetable-Synthesizer auserkoren – und den gibt es als Bitwig-Preset gleich hier als Download. 
Das „DIY Wavetable Synth“ ist gleich spielfertig programmiert und nutzt sogar recht komplexe Dinge wie Wave-Modulation, Wave-Sequencing, Waveshaping, Ringmodulation und Phase-Distortion. Außerdem schauen wir uns an, wie man selber Wavetables programmieren kann, und das ganz in Do-it-yourself-Manier völlig kostenlos, versteht sich.

Der wohl berühmteste Wavetable-Synthesizer: PPG Wave 2 (Foto: J. Sunderkötter).

Was ist Wavetable-Synthese?

Man könnte darüber natürlich ein Buch schreiben. Ich fasse mich daher kurz: Wavetable-Synthesizer kennt man aus den 80er-Jahren – PPG Wave oder Sequential Circuits Prophet VS sind genau wie die später erschienene Korg Wavestation bekannte Beispiele. Allein diese drei Geräte verfolgen komplett verschiedene Wavetable-Strategien. Trotzdem nutzen alle dabei PCM-Wellenformen – Sampling, wenn man so will. 
Im Vergleich zu modernem Sampling reduziert sich Wavetable-Synthese auf sogenannte „Single Cycle“-Wellenformen. Das sind einfache, kurze Wellenformen mit einer einzigen Schwingungsperiode – ganz ähnlich wie Sägezahn, Rechteck und Co., nur eben digital. Das war eine der Möglichkeiten, die es in den 80ern gab, um komplexere Obertonstrukturen darzustellen. Den digitalen Oszillatoren wurden dann die üblichen analogen resonanzfähigen Filter zur weiteren Klangformung nachgeschaltet – daher rührt auch der hybride Klang dieser Synthesizer.
Klangformung findet bei Wavetable-Synthesizern aber bereits vor dem Filter statt. Denn in einem Wavetable – der Name deutet es schon an – sind viele Wellenformen in einer Art Tabelle gespeichert. Und wenn ein Digital-Oszillator so einen Wellenformsatz der Reihe nach „scannt“, entstehen die typisch harschen Sounds mit den abrupten Klangänderungen. Eleganter klingt das Ganze, wenn der Oszillator zwischen den Wellenformen interpolieren kann. Dann entstehen Klangverläufe mit weichen Übergängen. Der Sound morpht von einem Oberton-Mix in den nächsten, ohne auch nur ein einziges Filter zu bemühen.

Wavetable-Synthese mit Bitwig Studio: Noobie oder Pro?

Diese Basics der Wavetable-Synthese beherrscht Bitwig perfekt – und sogar einiges mehr. Synthesizer-Einsteigern würde ich immer empfehlen, mit dem Synth Polymer loszulegen, der ab Version 3.3 die Liste der bitwig-eigenen Instrumente ergänzt. Für die Pros unter den Bitwig-Einsteigern ist das Sampler-Modul in Poly Grid ein super flexibles Sound-Tool, das auch Wavetable-Synthese kann. Wer also mit dem Thema Wavetable und Sampler-Modul schon etwas vertraut ist, kann gleich beim Kapitel Wavetable-Synthese mit Poly Grid weitermachen.
DIY Wavetable-Synthesizer mit Poly Grid

Wavetable-Synthese mit Polymer

Polymer ist im Grunde ein Poly Grid light: Der Aufbau ist simpel und doch hat man Zugriff auf alle wichtigen Klangbausteine von Poly Grid – vor allem die vielen verschiedenen Oszillator- und Filtermodule. Hier gibt es auch einen Wavetable-Oszillator mit vielen interessanten Wavetables und extrem cleveren Features. Also schauen wir uns erst mal den Wavetable-Oszillator an.

  1. Polymer in einem Track aktivieren: Dazu den Browser auf Device stellen und „Polymer“ eingeben. Dann das Instrument doppelklicken oder auf eine gewünschte Instrument-Spur ziehen.
  2. Wavetable Oszillator anwählen: Zunächst ist hier die PULSE-Wellenform angewählt. Wir klicken auf das kleine Dreieck und suchen im Menü nach „Wavetable“.

Der Wavetable-Oszillator wird immer mit dem Wellenformsatz „Standard Four“ geladen – die klassischen Wellenformen eines Synthesizers: Sinus, Sägezahn, Rechteck. Klingt alles erst mal unspannend, aber es wird mehr draus, wenn man die Wellenformen in Bewegung bringt und den Oszillator durch den Wavetable scannen lässt. Dazu einfach mal den „Index“-Regler auf- und zurückdrehen.

Weiche Klangverläufe oder Wave-Sequenz?

Eine wichtige Einstellung gibt’s gleich neben dem Index-Regler: Die kleinen Striche rechts schalten den voreingestellten Interpolation-Mode aus. So kann man entscheiden, ob der Index-Regler aus dem Wellensatz weiche Klangverläufe macht oder ob er eben direkt von einer Wellenform zur nächsten schaltet. Im Interpolation-Mode erzeugt eine Index-Modulation schöne morphende Klangverläufe, was vor allem bei den komplexeren Wavetables Spaß macht.

Fotostrecke: 2 Bilder Der Wavetable-Oszillator arbeitet zunu00e4chst im Interpolation-Mode, den man auch abschalten kann, um abrupte Klangbewegungen zu erzeugen.
Fotostrecke

Wavetables mit Hüllkurve steuern

Der Wavetable-OSC besitzt jede Menge wunderschöne Waves, die sich über ein übersichtliches Menü anwählen lassen. Es erscheint, sobald man auf das Wavetable-Symbol des Oszillators klickt. Um alle Waves aus den Kategorien Acoustic, Analog, Digital, Fractal und Harmonics durchzuhören, braucht man schon eine Weile. 
Da man irgendwann mal müde wird, den Index-Regler mit der Maus zu bewegen, lassen wir das einen Envelope erledigen, der den Wavetable dann mit jedem Ton einmal durchlaufen lässt. Dazu könnte man einen der vorhandenen Envelopes für Amp oder Filter nutzen, aber wozu gibt es Modulatoren? Also tackern wir einen zusätzlichen ADSR an unseren Wavetable OSC. Das geht so: 

  1. Mit Klick auf das kleine Pfeilsymbol am linken Rand der Device-Oberfläche die Modulatoransicht öffnen. 
  2. Dann auf das Plussymbol in einem freien Modulatorfeld klicken und im Browser dann das Modul ADSR anwählen.

Den ADSR stellen wir so ein, dass der Wavetable einmal vor- und zurückgescannt wird. Dazu muss man Attack und Decay aufdrehen und Sustain auf null stellen, wie im Screenshot unten gezeigt. Außerdem muss man den ADSR-Modulator natürlich mit dem Index-Regler verknüpfen.

  1. Den Index-Regler auf null stellen, dann auf das kleine Pfeilsymbol im Modulator klicken.
  2. Jetzt einmal für die Zuweisung den Index-Regelweg mit der Maus durchfahren – das wird in Grün dargestellt.
  3. Dann unbedingt wieder auf das Pfeilsymbol klicken, sodass es nicht mehr blinkt. 

Damit wäre der Wavetable-ADSR eingerichtet und wir können die Wavetables gleich beim Anspielen komplett durchhören.

Fotostrecke: 3 Bilder Polymer mit einem ADSR-Modulator erweitern.
Fotostrecke

DIY Wavetable-Synthesizer mit Poly Grid

Soweit die kleine Einleitung in den Wavetable Oszillator – Er steht der auch in Bitwigs Modular Synthesizer Poly Grid zur Verfügung. Dort bietet er sogar noch weitere Funktionen, die wir im Preset zu dieser Folge des Workshops auch anwenden. Der „DIY Wavetable Synth“ verwendet zwei Oszillatoren: den Wavetable Oszillator und das Sampler-Modul, das als Wavetable OSC konfiguriert ist.
Das DIY Wavetable Synth-Preset für Poly Grid gibt es hier zum Download. Im Archiv befindet sich auch eine Beschreibung zum Import in Bitwig.

Audio Samples
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Sampler Modul als Wavetable-Oszillator nutzen

Das Sampler-Modul im Poly Grid bietet vielseitige Möglichkeiten und beherrscht gleich mehrere Strategien der Granular-Synthese. Eine davon stellt der Cycles-Mode dar, der aus beliebigem Sample-Material Single-Cycle-Wellenformen extrahieren kann (siehe oben: Was ist Wavetable-Synthese?). Als Index-Regler (Wavetable OSC) dient hier nun der Position-Regler. Dieser bestimmt im geladenen Sample die Stelle, an der die Wellenform ausgelesen wird.
Das Sampler-Modul arbeitet als Single-Cycle-Wavetable-OSC mit diesen Voreinstellungen:

  1. Den Sampler-Mode auf „Cycles“ setzen.
  2. Mit Klick auf das kleine Eiskristallsymbol ändert sich der Regler „Speed“ in „%“ und im Fenster rechts wechselt die Anzeige von „Play“ zu „Position“.

Im Prinzip kann man bei diesen Einstellungen beliebiges Sample-Material als Wavetable nutzen. Richtig spannend wird das natürlich, wenn man die Position im Sample ändert. Denn das führt sogleich zu den typischen Wavetable-Sounds.

DIY-Wavetables mit WaveEdit von Synthesis Technology

So weit, so gut – mit beliebigem Sample-Material kommt man eben auch zu beliebigen Wavetables. Und das Beliebige kann schnell zu Langeweile führen, da die Waves irgendwann austauschbar wirken. Außerdem liegt der Reiz der Wavetable-Synthese auch in einem Wellenform-Sweep mit einer gewissen Ähnlichkeit oder Machart.
Also, wie kommt man zu Wavetables, die man möglichst gezielt programmieren kann? Ich habe dafür eine kostenlose und dabei wirklich coole Möglichkeit entdeckt: Die Software WaveEdit von Synthesis Technology (https://www.synthtech.com). Das Programm gibt es für Windows, MacOS und Linux und es ist kostenlos – das passt also schon mal zu unserem DIY Wavetable Synth. Außerdem kann man in der Software Wavetables mit bis zu 64 Waves selbst erstellen und bietet dafür einige clevere Werkzeuge und Funktionen. WaveEdit ist ein super Tool für alle, die mit Wavetables experimentieren möchten.

Fotostrecke: 2 Bilder Kostenloser Wavetable-Editor: Synthesis Technology WaveEdit
Fotostrecke

Wavetables aus WaveEdit nicht speichern, sondern aufnehmen!

Wie gesagt: WaveEdit ist in diesem Fall eine DIY-Lösung – bitte keine Wissenschaft draus machen! Die Lösung des Problems bietet WaveEdit selber: Man kann den Wavetable als kontinuierlichen Morph abspielen. Für unsere Zwecke reicht das. Wichtig ist dabei die Tonhöhe. Da das Sampler-Modul default-mäßig auf „C3 – 0 Cent“ steht, stellen wir in WaveEdit unter Frequency den Wert „262 Hertz“ ein.
Ich nehme den Sound von WaveEdit über die Loopback-Funktion meines Focusrite Interface (Scarlett 18i20 3rd Gen.) auf. Wer so etwas nicht hat, steckt sich schnell ein Loopback mit einem Kabel. Bitte auf Rückkopplung achten und bei der Aufnahme die Spur muten oder eben ein sicheres Routing wählen!

Wie kommt die Aufnahme ins Sampler-Modul?

Das aufgenommene Sample kann man aus der Arrange-Ansicht direkt auf das Sampler-Modul im Grid ziehen: Einfach einen kleinen Moment auf die Miniaturansicht im Device ziehen, sodass sich automatisch die Edit-Ansicht von Poly Grid öffnet. Dann das Sample auf das Sampler-Modul ziehen. Wir können dank der o. g. Voreinstellungen den Wavetable spielen und mit dem Position-Regler durch das Sample morphen.

Wavetables Modulatoren

Wie oben schon erwähnt – Spaß kommt auf, wenn man den Index- bzw. Position-Regler in Bewegung bringt. Für diesen Effekt sorgen bei unserem DIY Wavetable Synth verschiedene Modulatoren:

  • Motion (A): Eine weiche Random-Modulation, die man sehr gut für sanftes Changieren der Obertöne einsetzen kann, aber auch für chaotisches Waveform-Gesabbel.
  • Wave-SEQ (B): Damit wird die Wave-Position sprunghaft geändert. Das Ganze läuft beatsynchron ab – Wave-Sequencing, wenn man so will.
  • Wave-Envelope (C): Ein einfacher AD-Envelope lässt den Position-Zeiger mit jedem Anschlag durch das Sample wandern.

Die weitere Klangbearbeitung verläuft ziemlich standardmäßig: ein XF-Filter mit ADSR sowie ein ADSR für den Lautstärkeverlauf sind dem Oszillatoren-Mix nachgeschaltet.

Waveshaping: Der Digital-Schredder

Waveshaping ist eine sehr beliebte Art, Wellenformen zu verbiegen. Viele der angesagten Wavetable-Synthesizer wenden diese Strategie an. Für Bitwigs Poly Grid ist das eine der leichtesten Übungen. Unser DIY Wavetable Synth hat dafür einen dritten Oszillator. 
Unser Waveshaping OSC soll so effizient wie möglich eingesetzt werden können: Zunächst läuft er parallel zum Mix aus Wave AB und unterstützt den Grundsound einfach als Sinus, den man mittels Skew obertonreicher klingen lassen kann. Dann aber ermöglicht der Waveshape OSC unterschiedliche Waveshaping-Strategien:

  1. Waveshape (WS_B): Das Sampler-Modul moduliert den Waveshaping OSC über dessen Phase-Eingang. Der Klang verzerrt zunehmend und wird sehr komplex, sobald man die Tonhöhe des Waveshaping OSC variiert. Genau betrachtet handelt es sich hier um Phase Distortion. Lineares Waveshaping entsteht, sobald man den Numerator auf null setzt (z. B. 0:1). Also: Keine zyklische Schwingung mehr – der Oszillator arbeitet jetzt als „Funktionsgenerator“. Über seine Wellenform wird das Audiosignal am Phase-Eingang „gespiegelt“ – klassisches Waveshaping!
  2. Phase Distortion (PD_A): Der Waveshaping OSC moduliert den Wavetable-OSC über den Phase-Eingang.
  3. Ring Modulation: Ring Modulation ist in einem Wavetable-Synth eine äußerst interessante Option, um den Sound mit interessanten und bizarr klingenden Obertönen zu variieren. Über den Ringmodulator werden die beiden Signale „Wave AB“ und „Waveshaping OSC“ zusammengeführt.

Waveshaping kann mitunter wirklich brutal klingen – besonders, wenn man die verschiedenen Strategien mischt. Es ist zu empfehlen, erst mal behutsam die Auswirkungen voneinander getrennt auszuprobieren. Auf jeden Fall lohnt es sich, mit verschiedenen Tonhöhen des Waveshaping OSC zu experimentieren. Vor allem sollte man dabei nicht die Wave-Modulatoren aus den Augen verlieren. Man kann mit allen Möglichkeiten zusammen wirklich ganz schön Radau machen, wenn man will. Ansonsten ermöglichen die beiden Wavetables feine Sounds mit metallischem Charakter.

Waveshaping-Modulator

Abschließend noch ein Blick auf diese Sektion: Während die Wave-Modulatoren die Positionen in den Wavetables variieren, geht es hier um die Steuerung der Waveshaping-Intensitäten. Für diesen Zweck reicht ein einfacher AD-Envelope, der wahlweise als Hüllkurve oder im geloopten Zustand als LFO genutzt werden kann. Die Intensitäten lassen sich in der Remote Page „Waveshape Mix“ einstellen – einmal die statische Intensität und einmal die Envelope Amount (env%…). 

Remote Controls für den DIY Wavetable Synth

Damit das Ganze übersichtlich und handhabbar wird, habe ich verschiedene Remote Controls angelegt. Um noch mal auf das letzte Kapitel Waveshaping Bezug zu nehmen: Es gibt hier eine extra Remote-Page. Ansonsten gibt es natürlich eine Perform-Page, dann folgen Pages für die Modulatoren sowie die Klangformung mit Filter und Hüllkurven.

Breitmacher: quadCHORUS

Abschließend noch ein kurzer Blick in den FX Slot: Maßgeblich beteiligt an dem fetten Sound des DIY Wavetable Synth ist der quadCHORUS. Ich habe ihn mit FX Grid erstellt. Das ist die Effektbastelkiste von The Grid. Ganz wie beim Synthesizer Poly Grid lassen sich hier beliebige Audioeffekte modular zusammenstöpseln. 
Der quadCHORUS besteht, wie der Name vermuten lässt, aus vier Modulation-Delays, die den Grundsound jeweils um 90° versetzt und mit einer um wenige Millisekunden verzögerten Tonhöhenmodulation anreichern. 

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