Kapitel 1: Die Ursprünge des Yamaha-Synthesizers

Technologien und Produkte, die als Prototypen für die ersten elektronischen Musikinstrumente angesehen werden können, gibt es bereits seit den 1920er Jahren, aber keines davon hat sich in engerer Verbindung mit der Popmusik entwickelt als die elektronische Orgel. Die Electone® (der Produktname und das Warenzeichen für die elektronischen Orgeln von Yamaha) wurde erstmals 1959 in Form des Modells D-1 vorgestellt. Röhrenbasierte Musikinstrumente mit ähnlicher Ausrichtung waren zu dieser Zeit bereits erhältlich, aber die D-1 war insofern revolutionär, als dass ihre Module ausschließlich auf Transistor-Schaltungen basierten. Die Electone war zwar in Sachen Klangsynthese wegweisend für den modernen Synthesizer, jedoch fehlte ihr die Ausdruckskraft akustischer Instrumente. Der damalige Präsident von Yamaha bezeichnete sie daher als bloßes „musikalisches Spielzeug“. Der Ton, der über das Drücken einer Taste ausgelöst wurde, endete nämlich beim Loslassen in einem abrupten mechanischen Cut-off-Geräusch.

In verschiedenen Forschungsprojekten wurde damals festgestellt, dass Art und Weise, wie sich ein Ton im Zeitverlauf verändert, zu den entscheidenden Faktoren zählen, wenn es darum geht, ihn als Klang eines speziellen Musikinstruments zu erkennen. Nehmen wir als Beispiel das Klavier: Der Ton, der beim Anschlagen einer Taste entsteht, enthält komplexe Obertonstrukturen, die durch das physische Anschlagen der Saite erzeugt werden. Mit zunehmender Dauer ähnelt der Ton jedoch allmählich einer sinusartigen Welle mit geringerem Obertonanteil. Diese spezifische Klangveränderung im Zeitverlauf ist daher also auch das markanteste Merkmal, worüber wir den Klang eines Klaviers identifizieren. Yamaha erkannte, dass die Entwicklung von Technologien, die in der Lage sind, diese Klangveränderungen nachzubilden, von entscheidender Bedeutung waren, wenn elektronische Instrumente jemals die natürlich klingenden Stimmen akustischer Instrumente generieren sollten. In Wirklichkeit begann Yamahas Geschichte der Synthesizer-Entwicklung mit dieser Veränderung des Klangs im Zeitverlauf und unserem Bestreben, den Electone-Modellen noch interessantere Klänge zu entlocken.

Es wurde schnell klar, dass eine neue Steuerungstechnologie erforderlich sein würde, um die begrenzte Anzahl an Schaltkreisen noch effektiver nutzen zu können. Verfügte ein Instrument beispielsweise über acht Steuerkreise, konnte es bis zu acht polyfone Töne erzeugen, d. h. acht verschiedene Einzeltöne gleichzeitig wiedergeben. Doch wenn man über eine 36-tastige Drei-Oktaven-Konfiguration verfügte, musste diese neue Technologie wissen, welche Schaltungen in Reaktion auf das Spiel einer bestimmten Taste getriggert werden sollten. Unsere Lösung beruhte darauf, ein Gerät einzuführen, das in der Lage ist, den Tasten Schaltkreise effizient zuzuweisen, basierend auf der Reihenfolge, in der sie gespielt werden, der Gesamtzahl der Tasten, die gerade gedrückt gehalten werden, und weiteren damit zusammenhängenden Faktoren.

Diese Art von Gerät wurde als Key-Assigner bezeichnet und kann zu Recht als Vorläufer der heutigen Dynamic Voice Allocation (DVA)-Technologie betrachtet werden. Bereits in den frühen 70er-Jahren, als Klangerzeugungen noch auf analoger Technologie basierten, kamen in diesen Key-Assignern digitale Schaltkreise zum Einsatz. Ihre Einführung war daher ein wichtiger Meilenstein bei der Einführung der Digitaltechnologie im Zeitalter der analogen Synthese.

Obwohl der SY-1 keinen Key-Assigner besaß, verfügte er über einen Hüllkurvengenerator zur Veränderung seiner Klänge im zeitlichen Verlauf. Typischerweise bestehen Hüllkurvengeneratoren in Synthesizern aus vier Stufen, die durch die Buchstaben ADSR gekennzeichnet sind. "A" steht für die Attack-Zeit, d. h. die einstellbare Zeit zwischen dem Drücken einer Taste und dem Erreichen des Spitzenpegels des erzeugten Tons. Die Decay-Zeit - dargestellt durch "D" - definiert, wie lange es bei gehaltener Taste dauert, bis der Klang von diesem Spitzenwert auf den Sustain-Wert abfällt. Dieser durch das "S" symbolisierte Sustain-Wert, markiert die konstante Lautstärke, welche ein gehaltener Ton am Ende erreicht. Zu guter Letzt gibt die mit „R“ gekennzeichnete Release-Zeit an, wie lange es dauert, bis der Klang nach dem Loslassen der Taste vollständig ausklingt.

In der Regel würde man für die Einstellung dieser Parameter je einen Regler verwenden, um zu bestimmen, wie sich der Klang im Laufe der Zeit als Reaktion auf das Spielen, Halten und Loslassen der Tasten verändern soll. Es lässt sich allerdings schlecht verbergen, dass dem Bedienfeld des SY-1 exakt die Regler fehlen, die bei modularen Synthesizern wie einem Moog oder Minimoog zur Konfiguration der ADSR-Stufen der Amplituden- und Filterhüllkurven vorgesehen sind. Stattdessen sorgen zwei Schieberegler mit den Bezeichnungen Attack und Sustain für die Einstellung der Amplitudenhüllkurve. Mittels einer weiteren Funktion, die als Attack Bend bekannt ist, lassen sich die Tonhöhe und die Filterhüllkurven am Anfang des Tons auf spezielle Art und Weise einstellen.

Der SY-1 verfügte über eine Reihe an Hüllkurven-Presets zur Nachbildung des Klangs unterschiedlicher Instrumente wie Flöte, Gitarre und Klavier, welche sich durch das simple Bewegen der Tonschalter aktivieren ließen. Heutzutage ist das Abrufen von Presets auf einem Synthesizer eine Selbstverständlichkeit. Rückblickend markiert Yamahas Einbeziehung dieser Funktion in seinen allerersten analogen Synthesizer jedoch eine echte Innovation.

Als weiteres bahnbrechendes Merkmal des SY-1 lässt sich die Anschlagsteuerung, also das, was man heute gemeinhin als Anschlagsdynamik bezeichnet, hervorheben. Vor der Einführung des SY-1 waren elektronische Orgeln in der Regel mit einem Lautstärke- oder Expression-Pedal ausgestattet, mit welchem der Musiker den Klang im Sinne eines besseren Ausdrucks modulieren konnte. Yamaha arbeitete an einer ganzen Reihe unterschiedlicher Prototypen, mit dem klaren Ziel, den Klang in Abhängigkeit der Anschlagsstärke zu modulieren. Letztlich haben wir eine Technologie perfektioniert, welche über die Messung der Dauer vom anfänglichen bis zum vollständigen Drücken der Taste, die Stärke des Spiels ermitteln konnte. Dieses System wurde schließlich in den SY-1 integriert und gemeinsam mit diesem vorgestellt.

1975, ein Jahr nach der Veröffentlichung des SY-1, stellte Yamaha die GX-1 als Electone-Konzertmodell vor. Die ersten Nicht-Electone-Produkte, welche die einzigartigen Technologien des SY-1 übernahmen, waren schließlich die Combo-Synthesizer der CS-Serie.

Zu den herausragendsten Merkmalen der CS-Synthesizer zählten die in Klangerzeugung und Controllern integrierten Schaltungen – Komponenten, die bis zu diesem Zeitpunkt noch in Form von Transistorbaugruppen ausgeführt werden mussten. Die Integration modernster Technologie ebnete in diesem Zug den Weg für eine deutliche Gewichtsreduktion und eine erheblich verbesserte Portabilität. Nehmen wir etwa den GX-1 und den CS-80 – die Spitzenmodelle der CS-Synthesizer-Serie: Diese beiden Instrumente unterschieden sich nicht nur in Bezug auf Design und Verwendungsweise, sondern auch in Bezug auf Gewicht und Preis. Während der GX-1 bei einem Anschaffungspreis von sieben Millionen Yen (knapp 45.000 USD) satte 300 kg auf die Waage brachte, schlug der weitaus portablere CS-80 lediglich mit 82 kg und einem musikerfreunlichen Kurs von 1,28 Millionen Yen (8.200 USD) zu Buche.

Die Yamaha-Synthesizer jener Zeit zeichneten sich durch zwei sehr besondere Features aus. Das Erste war die Möglichkeit, programmierte Klänge zu speichern. Heutzutage ist es für uns selbstverständlich, unsere Sounds im Speicher eines Instruments abzulegen, ähnlich dem Speichern einer Datei auf einem PC. In den 70er-Jahren gab es jedoch weder RAM noch ROM, sodass auf einen durch und durch analogen Ansatz zum Speichern von Klängen zurückgegriffen werden musste. Die folgende Abbildung zeigt einen Teil einer Seite aus dem CS-60-Servicehandbuch, das von Technikern bei der Reparatur des Instruments verwendet wurde. Dieser Abschnitt mit dem Titel (Tone Preset 1) Circuit enthält Instrumentennamen, Widerstandswerte und ein Schaltbild. Die Schalter des Synthesizers waren mit variablen Widerständen verbunden, also Schaltungselementen, die Strom und Spannung begrenzen können. Wie dargestellt, sind daher feste Widerstandswerte, die bestimmten Positionen dieser Hebel entsprechen, in diese Schaltung eingebaut. Die Kombination dieser Werte ergab einen bestimmten Klang oder Ton, was dazu führte, dass diese Schaltungen – die damals weitverbreitet waren – als „Tone Boards“ bezeichnet wurden.

Bei Instrumenten wie dem GX-1 wurden Tone Boards physisch eingesetzt und entfernt, um den Klang zu ändern. Somit verwendete Yamaha bereits zu dieser Zeit eine Methode zur Klangspeicherung, die den analogen ROM-Cartridge-Modulen nicht unähnlich war. Das CS-80 verfügte außerdem über eine Funktion, die ein sofortiges Umschalten zwischen vier Originalklängen ermöglichte. Konkret ging es dabei um vier vollständige Sets von Speicherelementen, wobei ein Speicherelement aus jedem Set einem bestimmten Instrumenten-Controller entsprach. Jedes der vier Sets konnte somit zum Speichern aller Controller-Positionen für einen vom Benutzer kreierten Klang verwendet werden.

Eine weitere Besonderheit der Yamaha-Synthesizer waren die Hüllkurvengeneratoren des Typs IL-AL. IL und AL beziehen sich auf den Anfangspegel (Initial Level) und den Attack-Pegel (Attack Level). Davon abgesehen griffen diese Hüllkurvengeneratoren auf einen vom ADSR-Modell abweichenden Ansatz zurück. Bei einer ADSR-Hüllkurve ist der Wert, der dem Beginn der Attack-Phase entspricht, der Basiswert Null. Wenn wir die von einem solchen Generator erzeugte Hüllkurve auf einen Filter anwenden, wird der Klang zu Beginn des Tons durch die aktuell eingestellte Cut-off-Frequenz bestimmt; die Klänge am Höhepunkt des Anschlags und während dem Halten des Tons, werden jedoch durch diese Cut-off-Frequenz in Kombination mit der Tiefe des Hüllkurvengenerators und dem Wert des Sustain-Levels definiert. Da diese Klänge somit das Ergebnis mehrerer Einstellungen sind, könnte die Anpassung der Art und Weise, wie sich ein Klang im Laufe der Zeit verändert, zu einigen Verwirrungen führen. Im Gegensatz dazu bestimmt bei Verwendung einer Hüllkurve auf der Basis von „Initial Level“ und „Attack Level“ die Cut-off-Frequenz des Filters den erzeugten Ton, während die Note gehalten wird. Dabei lassen sich die Töne über die IL- und AL-Regler zu Beginn und am Höhepunkt der Attack-Phase unabhängig voneinander einstellen. Dieser Ansatz sorgt für ein deutlich höheres Maß an Freiheit, insbesondere wenn es darum geht, natürlich klingende Töne zu erzeugen. Als einzigartiges Yamaha-Merkmal ist der Hüllkurvengenerator vom Typ IL-AL ein weiterer Beweis des Engagements unserer Entwickler zu Gunsten einer hochwertigen Klangerzeugung.

Der CS-80 war außerdem mit einer Portamento-Bar (heute als Ribbon-Controller bekannt) ausgestattet, mit welchem sich die Tonhöhe stufenlos variieren ließ. Über die integrierte Aftertouch-Funktion war es nun möglich, über zusätzlichen Druck auf eine gespielte Taste den Klang direkt zu modulieren. Angesichts der Tatsache, dass sich diese beiden bereits vor vier Jahrzehnten durch Yamaha-Mitarbeiter erdachten Funktionen auch in modernen Synthesizern immer noch großer Beliebtheit erfreuen, unterstreicht die technische Exzellenz unseres Synthesizer-Entwicklungsteams.

In der zweiten Hälfte der 70er-Jahre erweiterten wir die CS-Serie um günstige monophone Synthesizer, die sich nun auch ein Musiker aus dem Amateurbereich leisten konnte, wodurch die Popularität dieser Instrumente deutlich stieg. Dank rasanter Fortschritte bei der Entwicklung integrierter Schaltkreise und den daraus folgend sinkenden Preisen wog der 1978 auf den Markt gekommene CS-5 zudem lediglich 7 kg und das bei einem Anschaffungspreis von erschwinglichen 62.000 Yen (damals knapp 300 US-Dollar).

Viele der Technologien und Funktionen heutiger Yamaha Synthesizer wurden erstmals bei der Entwicklung kompakter, günstiger Instrumente wie den CS-Modellen umgesetzt. So wurden beispielsweise Pitch-Bend- und Modulationsregler im Wheel-Design des CS-15D zu unverwechselbaren Merkmalen unserer Instrumente, wie man sie auch heute noch in den allerneuesten MONTAGE M-Modellen wiederfindet. 1979 brachten wir den CS-20M auf den Markt, welcher erstmals auf digitale Technologie zur Speicherung von Sounds setzte. Der 1981 eingeführte CS-70M war in seiner Funktionalität modernen Instrumenten bereits sehr ähnlich. Insbesondere bot er bereits eine Auto-Tune-Funktion, welche die bei analogen Synthesizern immer wieder auftretenden Stimmprobleme nachhaltig löste. Zusätzlich verfügte das Modell über einen eingebauten Sequenzer, welcher auf Basis eines dedizierten Mikroprozessors umgesetzt wurde.

Der CS01 von 1982 war ein echter Meilenstein der Synthesizer-Entwicklung. Er ließ sich mit Batterien betreiben und war zudem mit einer Minitastatur, einem eingebauten Lautsprecher und einem Schulterriemen ausgestattet. Damit leitete dieser Synthesizer eine neue Ära in Bezug auf Klangsynthese und Einsatzmöglichkeiten ein.

Seit ihren Anfängen im Jahr 1974 hat sich die Entwicklung von Synthesizern bei Yamaha parallel zu vielen anderen Fortschritten bei den Klangerzeugungstechnologien entwickelt, die ebenfalls ihren Ursprung in den 70er-Jahren haben. Bemerkenswerte Beispiele sind die Forschung zur FM-Synthese, die in den 80er-Jahren äußerst populär werden sollte, und das hybride Pulse-Analog-Synthese-System (PASS), welches digitale und analoge Technologien kombinierte und 1977 für den Einsatz in Electone-Tongeneratoren übernommen wurde. Aufnahmen der Klänge, die mit diesen Prototyp-Technologien erzeugt wurden, zeigen, dass insbesondere der im SY-1 verwendete Ansatz der analogen Synthese tatsächlich auf einem kommerziell tragfähigen Niveau perfektioniert worden war. In dieser Hinsicht ist es bemerkenswert, wie schnell die damaligen Yamaha-Entwickler so viele vielversprechende neue Technologien identifizierten und umgehend in die Tat umsetzten.

Selbst nachdem wir die D-1, als erste Electone auf den Markt gebracht hatten, mussten noch viele Probleme im Kontext der Klangqualität gelöst werden. Ein besonders herausforderndes Problem bestand darin, diese neuen Instrumente so ausdrucksstark wie ihre akustischen Pendants zu machen. Es stellte sich immer wieder heraus, dass Veränderungen von Ton und Lautstärke im Zeitverlauf als in dieser Hinsicht kritisch empfunden wurden, was zu kontinuierlicher Forschung und Entwicklung führte, um den erkannten Bedarf mit immer besseren Klängen zu decken. Symbolisch für die Zeit des starken Wachstums der japanischen Wirtschaft soll der damalige Präsident von Yamaha seine Entwickler angewiesen haben, so viel Geld auszugeben, wie sie wollen. Im Gegenzug sollten sie dafür allerdings etwas weltweit herausragendes realisieren. Mit dieser Leidenschaft und Hingabe brachte die Synthesizer-Entwicklung bei Yamaha in den siebziger Jahren nicht nur eine schillernde Reihe origineller Technologien hervor, sondern legte zweifellos auch den Grundstein für die bevorstehende Popularität des Synthesizers als Musikinstrument.