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21.06.2020

Wavetable-Synthese: Historie, Technik, Sounds

Basiswissen zum Thema Wavetable-Synthese

Alles über Wavetables und was man mit ihnen machen kann

Wie bei einem Kaleidoskop erscheinen Klangfarben und akustische Bilder der Wavetable-Synthese auf spielerische Weise: Die Wavetable-Synthese folgt der enormen Popularität modularer Systeme und ist wie diese zeitlose Spezies noch nie so stark und kostengünstig gewesen wie heute. Neben der subtraktiven Synthese, FM-Synthese, Granular-Synthese und dem Physical Modeling rangiert sie auf den Top Five der Syntheseformen. Wavetable-Synthesizer schießen mittlerweile fast wie Pilze aus den Böden. Das ist ein Anlass, einmal das eine oder andere (blaue) Wunder der bisweilen magisch anmutenden Wellensätze zu beschreiben, ohne jedoch technische Details oder historische Daten in den Fokus zu stellen.

Dabei kommen zwei Insider zu Wort: Cornel Hecht (Designer für Steinberg) war an der Entwicklung der Wolfgang Palm Softwareinstrumente (PPG Wavegenerator, PPG Wavemapper und PPG Infinite) involviert. Er betreibt er sein eigenes Tonstudio in Hamburg, in dem sich zahlreiche historische PPG Wavetable-Synthesizer tummeln, wie etwa der PPG Wave 2.2 in Kombination mit dem PPG Waveterm A, mit dem sich schon 1982 eigene Wavetables und Samples generieren ließen. Ein besonderes Unikat ist zudem in seinem Studio auch zu finden: Eine der allerersten Wavetable-Entwicklungen Wolfgang Palms, das PPG System 340/380. Das System wurde Anfang der 1980er Jahre u. a. von Edgar Froese (Tangerine Dream) und Thomas Dolby (The Golden Age of Wireless) verwendet. Der zweite Experte ist Rolf Wöhrmann aus Frankfurt, den die aufmerksamen Bonedo-Leser sicherlich bereits als Entwickler der iOS-App Waldorf Nave und jüngst als Synthesizer-Designer des Waldorf Quantum und der Desktop-Version Iridium kennen. Sein technischer Output wird auch bei kommenden Wavetable-Synthesizern von Waldorf einfließen.

Wie alles begann

Anders als bei der subtraktiven Synthese (Moog Minimoog) oder der FM-Synthese (Yamaha DX7) findet sich bei der Wavetable-Synthese kein Schlüsselprodukt, das ein Synthese-Konzept erschwinglich in Form eines klassischen Musikinstruments darreicht und in größeren Stückzahlen über die Ladentheken geht Machen wir eine kleine Zeitreise. Im Lauf der 1970er Jahre etablieren sich monofone wie später auch polyfone Synthesizer (der SCI Prophet-5 erscheint 1978), die FM-Synthese war offiziell noch nicht verfügbar Ein hybrides Instrument, das so einfach wie ein analoger Synthesizer bedienbar ist, aber durch zahlreiche digitale Wellenformen ein viel größeres klangliches Spektrum schafft als ein Sägezahn- oder Rechteck-Oszillator – dieser Leitgedanke muss Wolfgang Palm aus Hamburg verfolgt haben. Nach ersten Projekten, ein kompakter Analog-Synthesizer („Der Kleine“), entwickelt Wolfgang Palm Ende der 1970er Jahre die Wavetable-Synthese mit der damals verfügbaren Digitaltechnik, die natürlich sehr limitiert ist. Er gilt als „geistiger Vater“ dieser Syntheseform.

Ein hybrides Instrument, das so einfach wie ein analoger Synthesizer bedienbar ist, aber durch zahlreiche digitale Wellenformen ein viel größeres klangliches Spektrum schafft als ein Sägezahn- oder Rechteck-Oszillator – dieser Leitgedanke muss Wolfgang Palm aus Hamburg verfolgt haben. Nach ersten Projekten, ein kompakter Analog-Synthesizer („Der Kleine“), entwickelt Wolfgang Palm Ende der 1970er Jahre die Wavetable-Synthese mit der damals verfügbaren Digitaltechnik, die natürlich sehr limitiert ist. Er gilt als „geistiger Vater“ dieser Syntheseform.

Im Grunde ist die Wavetable-Synthese also verwandt mit der Subtraktiven Synthese. Der markanteste Unterschied zu einem klassischen Analog-Synthesizer macht speziell der digitale Oszillator, der zig Wellenformen anbietet. Bei einem Wavetable-Synthesizer verfügt der Oszillator über einen Wellensatz beziehungsweise Wellentabelle oder noch treffender gesagt über einen „Wavetable“. In dieser Tabelle sind einzelne einfache Wellenformen enthalten, die sich auf verschiedene Weise „durchfahren“ lassen, wodurch rabiate spektrale Klangwechsel, aber ebenso sanftere Morphing-Sounds entstehen können.

Die 30 originalen PPG-Wavetables demonstriert RetroSound (Marko Ettlich) am PPG Wave 2.2: 

Ursprünglich ist Wolfgang Palm daran interessiert gewesen, bei seinen Wavetable-Synthesizern auf ein Filter komplett zu verzichten und die bekannten Klangverläufe eines Tief- und Hochpassfilters mit modulierten Wellensätzen zu simulieren (ähnlich der ersten Korg Wavestation, bei der Resonanzfilter und PWM imitiert werden). Daher finden sich weder beim PPG System 360 noch beim 340/380 ein Filter. Ungewollte Artefakte beeinflussen aber das Klangbild negativ. Es kommt der Wunsch nach einem klassischen Filter auf. Die zweite Generation der PPG-Wave-Synthesizer (PPG = Palm Products Germany) sollte dieses Manko beheben.

Der PPG Wave 2.2 ist während der frühen 1980er Jahre der erste erfolgreiche Wavetable-Synthesizer. Er bietet zwei Oszillatoren mit 32 Wellensätzen (jeder davon enthält 64 Wellenformen, die sich dynamisch modulieren lassen) kombiniert mit analogen Bestandteilen wie Filter und Verstärker zur Klangformung. Damit erzeugt er bis dato ungehörte Digitalsounds, Chöre und vor allem auch spektrale Wellenfahrten mit bis zu 64 unterschiedlichen Wellenformen. Mit seinem blauen Panel ist der PPG Wave 2.2 bereits auch optisch auffällig. Aliasing und andere Nebengeräusche begleiten den Grundsound, der heute einen gewissen nostalgischen Charme versprüht.

Das im September 1981 erschienene Album „Exit“ von Tangerine Dream enthält einige klassische PPG Wave 2 Klänge, die im Mix herausstechen und sofort wiederzuerkennen sind.

Die Marke „PPG Wave“ steht seinerzeit für Exklusivität. Relativ wenige Musiker und Produzenten (berühmte Ausnahmen: TD, Klaus Schulze, Michael Boddicker oder Michael Cretu) haben in ihrem Studio ein Instrument von Wolfgang Palm stehen, noch weniger ist ein kostspieliger PPG Wave live zu sehen.

Ein Einblick: Räume und Mitarbeiter von PPG im Jahr 1983, der 500. PPG Wave 2.2 wird produziert: 

Ein Jahr später feiert man das zehnjährige Firmenjubiläum: 

Heute ist es eigentlich nicht viel anders. Ein PPG Wave 2.2 oder sein bis 1987 produzierter Nachfolger PPG Wave 2.3 als Original wird bei Kleinanzeigen nur sporadisch und dann zum Preis eines gebrauchten Kleinwagens feilgeboten. Erheblich preiswerter und einfacher ist es, den PPG Wave 3.V zunächst in der Demo-Version für PC/Mac herunterzuladen und zu probieren. Dieses Software-Instrument imitiert und optimiert zugleich einen historischen PPG Wave der zweiten Generation. Für Puristen bleibt das Original unerreicht und auch heute ohne Alternativen.

Waldorf und andere Erben

Größere Verbreitung erfährt Palms Wavetable-Synthese nach der Übernahme seiner Firma PPG durch Waldorf Music im Jahr 1988. Das erste Produkt ist der Waldorf Microwave 1. Es tradiert zwar die Wellensätze des PPG Wave ist aber wegen des analogen Filters und druckvoller Bässe im aufkommenden Dance und Techno öfter geradlinig ohne Wavetable-Modulation beschäftigt. Zur intuitiveren Bedienung bringt die Firma Access den „Microwave Programmer“ heraus, während viele Musiker mit einem Software -Editor arbeiten. Übrigens gibt es 1989 auch einen Ensoniq VFX, der mit seinen über 100 Wellformen nahe an die Wavetable-Synthese herankommt. Ein Jahr später bringt Korg die Wavestation mit Wave Sequencing und Vector-Synthese. Die Instrumente Ensoniq und Korg sind vielfach anders als ein Microwave.

Eine Reihe an Hardware-Produkten folgen bei Waldorf, so beispielsweise Microwave 2, Microwave XT, das ehemalige Topmodell Wave sowie die günstigen Produkte Blofeld Keyboard und Blofeld Desktop sowie nicht zuletzt das Wavetable-Modul fürs Eurorack nw1. Das aktuelle Flaggschiff von Waldorf ist der Quantum und seine tastaturlose Alternative Iridium.

Entwickler Rolf Wöhrmann bestätigt, dass zumindest ein Drittel der Factory Sounds im Wavetable-Modus entstanden sind und kommentiert weiterhin:

Rolf Wörmann:  „Waldorf steht für Wavetable Synthese und damit sind Wavetables Teile der Waldorf DNA im Quantum. Der Quantum und auch der neue Iridium sind „forward looking“ Synthesizer, die mit neueren Synthese-Formen viele interessante Möglichkeiten bietet, aber genauso die Tradition wahren. Es sind alle historischen Microwave-Wavetables enthalten, die auch auf den PPG zurückgehen. Neben dem modernen „hifi“ Wavetable Oszillatoren, die z. B. im Blofeld und Nave drin stecken, gibt es einen neuen „Legacy“ Modus, mit dem man den „digital dust“ der Anfangszeit der Wavetable Synthese abrufen kann. Es lassen sich eigene Wavetables über Analyse von Audiofiles oder Sprachsynthese erstellen. Import und Export von Wavetables im gängigen WAV oder Nave Format gehen auch. Daneben kann man auch nicht nur innerhalb der Wavetables modulieren, sondern auch per LFO oder Envelope durch alle Wavetables selber hindurch modulieren. In den anderen Synthesearten können z. B. Wavetables im Kernel-Modus verwendet werden. Dort verwandelt sich ein einzelner Operator in einen vollständigen 6-Operatoren FM Synthie mit Envelopes und allem drum und dran. Er geht aber weit über klassische FM hinaus, da jeder „Kernel“ (aka Operator) ein eigener Wavetable-Oszillator ist, der nicht nur seine Frequenz in Audio-Rate modulieren kann, sondern auch die Wavetable Position, was so ziemlich einmalig ist."

Waldorf bietet neben dem erwähnten PPG Wave 2.V auch den Nave und Largo für Produzenten, die am Rechner arbeiten. Generell finden sich Software-Instrumente mit Wavetable-Synthese bis zum Abwinken. Nur drei prominente Beispiele: Xfer Records Serum, Synapse Audio Dune 3, Arturia Pigments 2. Auch DAWs bieten intern Wavetable-Synthese, so Apple Logic Pro X mit dem „Retro Synth“ oder Ableton Live mit „Wavetable“. Die meisten dieser Instrumente haben eigene Wellensätze und nicht die klassischen Wavetables aus der PPG/Microwave-Generation. Wavetable-Synthese ist natürlich längst auch auf dem iPad angekommen. Selbst von Wolfgang Palm entwickelte Apps sind zu erhalten: PPG Wavegenerator, PPG Wavemapper und PPG Infinite.

Wolfgang Palm stellt in diesem Video seine iOS-App PPG Infinite persönlich vor:

So klingt Wavetable-Synthese

Machen wir uns nichts vor. Der typische Sound des PPG Wave und öfter auch das Klangbild heutiger Wavetable-Synthesizer polarisieren. Zu dünn, nasal, spitz, hart, drahtig und kühl empfinden solche Musiker den Klang, die schwebende, fette und breite Sounds analoger Schlachtschiffe lieben. Einige Produzenten erkennen aber an diesen speziellen digitalen Klang eine Bereicherung für Song-Arrangements und hüllen den Wavetable-Sound in Effekte ein – Chorus und Reverb wirken bereits kleine Wunder. Speziell die bewegten Wellensätze sind aber musikalisch eher schwierig in einen Song einzubringen, auch wenn sie sich inzwischen per tempo-synchronisierbarer LFOs und Hüllkurven modulieren lassen.

Cornel Hecht bringt seinen Eindruck von den klanglichen Eigenheiten auf den Punkt:

Cornel Hecht:  „Die Wavetable-Synthese wird nie so warm wie ein Minimoog klingen. Aber das ist keine Schwäche sondern der Charakter diese Synthese. Beide Welten, also die eines Minimoogs und die eines Wavetable-Synthesizers, verstehen und ergänzen sich prima. Darum waren für viele auch die 80er Jahre eine klangliche Offenbarung. Die ersten Synthesizer-Modelle konnten keine geräuschhaften Signalanteile produzieren. Dies wurde aber schnell erkannt und z. B. ab dem Microwave per Noisegenerator nachgereicht. Die Stärken der Synthese liegen in charaktervollen und drückenden Digitalklängen, aber auch in warmen Pads. Die teilweise sehr obertonreichen Schwingungsformen bieten eine ideale Bearbeitungsgrundlage für nachfolgende Filter. Hier lernt man schnell den immensen Klangvorrat schätzen. Ich selbst verwende seit über 25 Jahren Wavetable-Synthesizer und kann keine Spur von Langeweile erkennen Für meine aktuelle EP hatte ich auch eine Menge an PPG Sounds verwendet:“

Das Album „Ranger Things“ von Cornel Hecht mit selbst erstellten Klängen von PPG Wave 2.2 

Hören wir eine Auswahl an Instrumenten, die Wavetable-Synthese bieten:

Diese Beispiele verdeutlichen, wie unterschiedlich Wavetable-Sounds klingen und wie sie sich im Lauf der letzten vier Jahrzehnte klangästhetisch verändert haben. Gerade heute, angesichts der starken polystilistischen Tendenzen elektronischer Musik, finden sich neue Möglichkeiten, Wavetables in die Musikproduktion und ebenso in die Live-Performance einzubringen. Allein schon die aktuelle Interpretation von Retromusik mit PPG-Sounds kann spannend werden. Man geht auch heute anders an die Programmierung von Sounds heran, die zumindest einen Wavetable-Oszillator nutzen. Zudem bieten einige Wavetable-Synthesizer die Option, eigene Audio-Dateien zu importieren oder eigene Wellensätze zu erstellen.

Praktische Vorteile der Wavetable-Synthese

Die Wavetable-Synthese ist heute erfolgreich. Wieso ist das so? Nun, zunächst ist sie technisch viel einfacher und ökonomischer realisierbar als noch in den 1980er Jahren. Außerdem sind Musiker offener geworden für Klangsynthesen und beschäftigen sich mit Synthesizern kreativer als vor über 30 Jahren, als gerne noch Pianos, Brass und Strings imitiert wurden.

Eine plausible Antwort von Cornel Hecht lautet:

Cornel Hecht:  „Die Wavetable-Synthese bietet eine beeindruckende Klangvielfalt, die ich so von keiner anderen Syntheseform gehört habe. Ein großer Vorteil gegenüber anderen Syntheseformen liegt in der einfachen Handhabung und führt schnell zu beeindruckenden Ergebnissen. Abseits aller technischen Möglichkeiten wünschen sich Musiker ein großes Klangspektrum, welches über die klassischen Syntheseformen hinausgeht. Hier greift die Wavetable-Synthese und bereichert die Synthesemöglichkeiten und somit den musikalischen Ausdruck.“

Man muss sich das im praktischen Vergleich mit einem Analog- und FM-Synthesizer vorstellen: Bei einem analogen Synthesizer lässt sich etwa mittels Crossmodulation zwischen Filter und Oszillator oder per Ringmodulator zwar zusätzliche Klangspektren erzeugen, die aber in einem überschaubaren Rahmen bleiben. FM-Synthese ist wiederum kompliziert zu programmieren und nur erfahrene Musiker sind in der Lage, bestimmte gewünschte Klänge zu erstellen. Hier braucht es auch deutlich mehr Zeit als ein einfaches Wechseln auf den nächsten Wellensatz. Wer sich einem Wavetable-Oszillator anvertraut, wird innerhalb einer Minute ein gutes Dutzend an ganz unterschiedlichen Basisklängen finden, die er für sein maßgeschneidertes Preset verwenden kann. Diesen Komfort erlebt man ansonsten nur bei einem Sample-ROM-Player.

Wavetable-Synthese ist übrigens nicht zu verwechseln mit dem Wave Sequencing, das seit Erscheinen der Korg Wavestate auf der NAMM 2020 offensichtlich wieder großen Anklang findet. Es finden sich mehrere einfache Unterschiede: Wellensätze liefern traditionell keine Beats, Drums oder Percussion. Die rhythmische Struktur ist meist von einem LFO-Muster geprägt. Ein Wechsel zwischen harten und weichen Überblendungen oder verschiedene Tonhöhen einzelner Wellenformen ist innerhalb eines Wavetables nicht ohne weiteres möglich. Grundsätzlich sind die per Wavetable erzeugten Sounds eher direkter, härter und teilweise metallischer als die Performances des Korg Wavestate, die sich meist in softerem Gefilde bewegen. Das Wave Sequencing bietet mehr Potenzial an musikalischer Verschiedenartigkeit, Wavetables punkten durch simples Handling.

Halten wir fest:  Wavetable-Synthese hat klare Vorteile und wird permanent weiterentwickelt. Verschiedenste Hersteller und Programmierer greifen das Thema auf und bringen eigenständige Konzepte, die weit über das hinausgehen, was damals mit dem PPG Wave 2.2 möglich war.

Cornel Hecht hat eine gute Prognose:

Cornel Hecht:  „Zum einen sehe ich eine Vermischung aus der traditionellen subtraktiven Synthese, aber auch Einflüsse und Elemente der Granularsynthese. Austauschbare Filtermodelle, erweiterbare Wellensätze und interaktive Modulationen sind da nur ein Anfang. Wolfgang Palm hat mit seinen neuartigen Plug-Ins gezeigt, wie Schwingungsformen vielfältig manipuliert werden können.“

Schlusswort

Über 40 Jahre gibt es nun die Wavetable-Synthese. Ein Stillstand ist noch lange nicht in Sicht. Im Gegenteil, wir schauen sehr erwartungsvoll in die nähere Zukunft. Bei Waldorf sind die nächsten Produkte mit Wavetable-Synthese schon länger in der Entwicklung. Möglicherweise wird sich auch Behringer diese gute Chance wohl kaum entgehen lassen, moderne Plagiate eines PPG Wave 2 kostengünstig anzubieten. Wolfgang Palm selbst hat seine Entwicklungen in die Hände Dirk Ulrichs von der Plugin Alliance gegeben. Sicherlich werden zwar auch künftige Wavetable-Synthesizer polarisieren und nicht jedem Musiker gefallen, wir sind uns aber sicher, dass es den Synthesizermarkt bereichert und dass neuartige Wavetable -Sounds bei kommenden Produktionen nachhaltig mitmischen, oder sie sogar aufwirbeln werden. Last but not least profitieren auch Live-Keyboarder von dieser perfekten neuen Welle und können sich nun definitiv einen passenden Hardware-Synthesizer leisten. Über zehn aktuelle Produkte - mit und ohne DNA von PPG - sind derzeit am Markt, worüber wir berichten. Jeder Keyboarder, der sich bei der FM-Synthese überfordert fühlt, sich aber mehr Soundvielfalt beim Programming wünscht, sollte sich einmal selber auf die intensive Klangforschung mit Wavetables begeben. Früher oder später erlebt jeder sein blaues Wunder!

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