Kapitel 2: FM-Klangerzeugung und der Beginn der Home-Studio-Produktion
Große Fortschritte in der Halbleitertechnologie
Anfang der 1980er-Jahre erlebten elektronische Bauteile auf Halbleiterbasis einen regelrechten Boom, sodass in rascher Folge Geräte auf den Markt drängten, die mit früheren Technologien schlichtweg nicht realisierbar gewesen wären. Begriffe wie „integrierte Schaltung“ und „Integrationsgrad“ tauchten in den Aufnahmeprüfungen für Universitäten auf, und Unternehmen begannen mit der Produktion von elektronischen Spielen, die auf dieser Art von Schaltkreisen basierten. Die Durchbrüche, die in diesen Jahren auf dem Gebiet der Halbleitertechnologie erzielt wurden, waren wirklich bemerkenswert.
Eine der bahnbrechendsten Technologien, die durch diese rasanten Fortschritte kommerziell nutzbar gemacht wurde, war im Bereich der Klangsynthese die digitale Frequenzmodulation (FM). Diese Methode zur Klangerzeugung wurde ursprünglich an der Stanford University in den USA entwickelt, und Yamaha – das erste Unternehmen, welches das wahre Potenzial dieser Methode erkannte – schloss 1973 einen exklusiven Lizenzvertrag mit der Universität.
Unser Forschungsteam begann im Rahmen eines Projekts zur Umstellung der Electone® auf digitale Technologien mit der Arbeit an FM-Tongeneratoren. 1974 – als der analoge Yamaha-Synthesizer SY-1 auf den Markt kam – hatten wir bereits erfolgreich einen Instrumentenprototyp mit einem digitalen FM-Tongenerator als Herzstück fertiggestellt. Leider war es noch nicht möglich, dieses Instrument auf den Markt zu bringen, da die Halbleitertechnologien der damaligen Zeit eine große Anzahl integrierter Schaltkreise erforderten und es zusätzlich schwierig war, Größe und Funktion zufriedenstellend in Einklang zu bringen. Als schließlich weitere Fortschritte auf dem Gebiet der Halbleiter erzielt werden konnten, gelang es uns, ein Instrument mit Spezifikationen zu entwickeln, die wir für akzeptabel hielten. Im April 1981 – sieben Jahre nach Beginn der Entwicklung – brachte Yamaha mit der F-70, einem klassischen Electone-Modell, seinen ersten FM-Tongenerator auf den Markt. Einen Monat später folgte das GS1-Keyboard als Instrument für den Bühneneinsatz.
Auf Totos viertem, 1982 veröffentlichtem Studioalbum (Toto IV), ist der Yamaha GS1 durchgehend zu hören. Besonders hervorzuheben sind in diesem Zusammenhang die natürlich klingenden Mallets und fetten Brass-Sounds. Bei diesen Klangkreationen kommt die FM-Synthese besonders gut zur Geltung. Man erzählt sich, dass David Paich beim Komponieren von „Africa“ primär durch das Jammen mit GS1-Presets inspiriert wurde.
Die FM-Synthese brillierte durch ihre Fähigkeit, vielfältige und obertonreiche Klänge – wie E-Piano, Blechblasinstrumente und Glockenspiel – mit bemerkenswertem Realismus nachzubilden. Mittlerweile ist das Sampling zur Hauptstütze der Klangerzeugung geworden, und da diese Technik auf tatsächlichen Aufnahmen basiert, ist es für uns mittlerweile vollkommen selbstverständlich, dass unsere Synthesizer die Klänge einer Vielzahl verschiedener Musikinstrumente mühelos reproduzieren können. Im Gegensatz dazu konnten die analogen Synthesizer der frühen 80er-Jahre einige Klänge nur sehr unzureichend reproduzieren – darunter Glocken- und Metallklänge. In diesen Bereichen hatte die FM-Synthese des GS1 umgehend die Nase vorn.
Der GS1 wurde ursprünglich nicht als Synthesizer vermarktet, möglicherweise weil die Klänge nicht auf dem Instrument selbst bearbeitet werden konnten. Mittels Voice-Cards ließ sich die 16-stimmige Bank des GS1 ändern, allerdings war dafür ein spezielles Programmiergerät für Entwickler (siehe Foto) erforderlich, um diese Sounds zu erstellen oder zu variieren. Um ehrlich zu sein, erwies sich diese Möglichkeit, Stimmen editierbar zu machen, als ziemliche Hürde bei der Realisierung eines kommerziell nutzbaren Synthesizer-Produkts.
Das Konzept der Bedienoberfläche
Die von einem analogen Synthesizer erzeugten Klänge lassen sich durch die Einstellung einzelner Widerstandswerte und anderer elektronischer Komponenten des Klangerzeugungsschaltkreises variieren; dies wird in der Praxis durch Drehknöpfe und Fader (also variable Widerstände) umgesetzt. Die Art und Weise der Regleranordnung hängt dabei stark vom Design und der Größe des Synthesizers selbst ab. Instrumente wie der in Kapitel 1 vorgestellte CS-80 setzen für die Bedienung konzeptbedingt bereits eine große Anzahl von Reglern voraus. Digitale Synthesizer verfügen über deutlich mehr klangbezogene Parameter als ihre analogen Vorgänger, wodurch es sich als unpraktikabel erwies, jedem einzelnen Parameter einen physischen Controller zuzuweisen.
Außerdem ist es wichtig, sich zu vergegenwärtigen, dass digitale Synthesizer ähnlich wie Computersoftware auf der Grundlage von Applikationen arbeiten. Um einen neuen Klang zu erzeugen, muss man lediglich das erforderliche Programm ergänzen. Wenn jedoch die Parameter der Klänge selbst editierbar sein sollen, dann benötigt der Synthesizer folgerichtig auch ein entsprechendes Editierprogramm. Der Editor benötigt natürlich eigene Knöpfe und Regler für die Eingabe der Parameterwerte – modern ausgedrückt, eine eigene Benutzeroberfläche (UI).
Eine der uns vertrautesten Benutzeroberflächen ist mittlerweile der Computermonitor, unterstützt von Tastatur und Maus. Im Jahr 1980 gab es weder Windows noch MacOS, und die Eingabe von Befehlen und Text über die Tastatur war die einzige Art und Weise, wie Benutzer mit ihren Computern interagieren konnten. Die Methoden, an die wir uns heute gewöhnt haben, wie die Arbeit mit einer grafischen Oberfläche und einer Maus oder einem Touch-Screen, gab es damals nicht. Die wahrscheinlich größte Herausforderung bei der Entwicklung des digitalen Synthesizers war es, eine klare und einfache Benutzeroberfläche für Musiker zu schaffen, um auf intuitive Weise mit der Klangerzeugung interagieren zu können – und dies auch für Benutzer ohne Erfahrung in Computerprogrammierung.
Als Lösung entwarfen unsere Entwickler die unten abgebildete neue Art von Programmiergerät. Dieses verwendet eine Kombination aus Lampen und Tasten, mit denen der Sounddesigner die vorherigen Einstellungen der Parameter bestätigen konnte, sobald er Änderungen vornahm.
Die Benutzeroberflächen moderner Synthesizer bieten vollen und freien Zugang zu allen internen Parametern – uns ist gar nicht mehr bewusst, wie viel Glück wir haben, denn dies war nicht immer der Fall. Damals, als sich die Halbleiter- und Programmtechnologien in rasantem Tempo entwickelten, waren zahllose Runden von Versuch und Irrtum nötig, um eine Benutzeroberfläche für kreatives Sounddesign zu perfektionieren. Dennoch war dies ein entscheidender Schritt in der Entwicklung der Synthesizer jener Zeit.
Wie die Ankunft des DX7 die Musikszene transformierte
Zwei Jahre nachdem Yamaha sich allen Widrigkeiten zum Trotz mit der Entwicklung eines FM-Tongenerators, der Erstellung einer Benutzeroberfläche für die Programmierung und Bearbeitung von Klängen sowie der erfolgreichen Markteinführung des GS1 durchgesetzt hatte, stellte das Unternehmen der Welt seinen Frequenzmodulations-Synthesizer DX7 vor. Das Herzstück des FM-Tongenerators ist der Operator – eine grundlegende Komponente zur Erzeugung und Modifizierung von Klängen. Während der GS1 über vier Operatoren verfügte, verfügte der neue DX7 bereits über sechs, worüber sich wesentlich komplexere Klänge erzeugen ließen. Außerdem besaß dieser revolutionäre Synthesizer eine integrierte Funktionalität zur Erstellung und Bearbeitung von Klängen und ermöglichte die Speicherung dieser Sounds auf einem Cartridge-Speicher – und das alles für etwa ein Zehntel des Preises eines GS1. Es ist also kaum überraschend, dass dieses neue Instrument einen derart tiefgreifenden Einfluss auf die Welt der Synthesizer haben sollte.
Zu dieser Zeit entwickelten mehrere Abteilungen bei Yamaha parallel verschiedene Instrumente. Während dem GS1 der Prototyp TRX100 vorausging, war der direkte Vorläufer der Synthesizer der DX-Serie ein Testmodell, welches als Programmable Algorithm Music Synthesizer (PAMS) bekannt war. In Erinnerung an diese Ursprünge wurde der DX7 auf der Oberseite mit der Beschriftung Digital Programmable Algorithm Synthesizer versehen.
Wie der Name bereits nahelegt, erzeugte PAMS Klänge auf der Grundlage verschiedener Berechnungsalgorithmen. Im Einzelnen waren dies Phasenmodulation, Amplitudenmodulation, additive Synthese und Frequenzmodulation (FM). Von Anfang an beherrschte der Prototyp außerdem das Ablegen von Programmen im internen Speicher. Dieses hohe Maß an Freiheit bei der Klanggestaltung zog jedoch eine enorme Zunahme erforderlicher Parameter nach sich. Die Folge war, dass sich der PAMS nicht für eine Vermarktung als Instrument eignete, da er sich vom durchschnittlichen Benutzer nur schwer programmieren ließ.
Um dieses Problem zu lösen, beschlossen die Yamaha-Entwickler, das Design der Synthesizer-Klangerzeugung zu vereinfachen, indem sie die Hüllkurvengeneratoren von Modulator* und Carrier* gemeinsame Parameter nutzen ließen. Außerdem reduzierten sie die Anzahl der Algorithmen – oder Operatorkombinationsmuster – auf 32. Dies ebnete den Weg für die Vervollständigung der ursprünglichen DX-Serie, die aus dem DX1, DX5, DX7 und DX9 bestand. Obwohl zu diesem Zeitpunkt vier Modelle auf den Markt kamen, wurden während der Entwicklung tatsächlich fünf Modellcodes verwendet: DX1, DX2, DX3, DX4 und DX5. Der DX1 behielt seinen Code bei der Markteinführung bei, was bei Yamaha-Produkten recht selten ist, während der DX2 und der DX3 zusammen zum DX5 wurden. Die Entwicklungsmodelle DX4 und DX5 kamen als DX7 bzw. DX9 auf den Markt.
Der DX7 wurde unmittelbar und weltweit zu einem Hit. Sowohl das Instrument selbst als auch der DX-Sound entwickelten sich zu treibenden Kräften der Popmusik der 80er-Jahre. Erwähnenswert ist auch, dass viele der Technologien und Funktionen des DX7 einen wesentlichen Einfluss auf die Entwicklung zukünftiger Synthesizer hatten.
Das allererste Feature war ein LC-Display mit zwei Zeilen zu je 16 Zeichen. Vor dem DX7 wurden die Werte der Synthesizer-Parameter in der Regel anhand der Positionen der Drehknöpfe und Schieberegler bestätigt, sodass es keine Möglichkeit gab, Parametereinstellungen genau zu überprüfen oder gar die Namen der Stimmen anzuzeigen. Mit der Einführung von UI-Elementen wie diesen wurde es erstmals möglich, sämtliche Informationen anzuzeigen, und die Tradition der Benennung einzelner Voices war geboren. Da sich einzelne Parameter nacheinander auf dem LCD-Bildschirm aufrufen und bearbeiten ließen, war es nicht mehr nötig, eine Vielzahl von Reglern auf der Oberseite des Instruments unterzubringen. Das übersichtliche Bedienfeld des DX7 wäre ohne diesen Bildschirm nicht möglich gewesen. Dieser klare Unterschied zu den Synthesizern der Vergangenheit war ein weiterer Faktor für den überwältigenden Erfolg des Instruments.
Das nächste bahnbrechende Feature des DX7 lag in der Verwendung von Memory-Cartridges zum Speichern und Abrufen von Stimmen - eine Funktion, die nur dank des digitalen Designs des Synthesizers möglich war. Während der GS1 noch auf magnetische Voice-Cards setzte, entschied Yamaha, dass Cartridges mit digitalem Speicher für die DX-Serie besser geeignet waren, da sie von den starken Magnetfeldern, die von Lautsprechern und ähnlichen Geräten erzeugt werden, nicht beeinträchtigt werden. Der DX7 ist in der Lage intern bis zu 32 Voices zu speichern, aber wenn du eine ROM-Cartridge in den Steckplatz steckst, stehen dir weitere 64 Voices zur Verfügung. Mit RAM-Cartridges lassen sich dagegen bis zu 32 Originalstimmen schreiben und abrufen. Diese Möglichkeit, die Anzahl der Stimmen zu erhöhen, ist einzigartig für digitale Synthesizer, und unser äußerst praktisches cartridge-basiertes Konzept machte die Klänge von Profimusikern für alle zugänglich. In der Ära der analogen Synthesizer bestand die einzige Möglichkeit, die Sounds der Profis zu reproduzieren, darin, die Positionen jedes einzelnen Reglers zu kopieren, und selbst dann war es fast unmöglich, die exakt gleichen Einstellungen zu erhalten. DX7-Besitzer konnten jedoch problemlos Cartridges erwerben, die die originalen Sounds berühmter Synthesizer-Künstler enthielten. Dieser neuartige Ansatz, der es ermöglichte, nicht nur das gleiche Instrument wie der eigene Synthesizer-Held zu besitzen, sondern auch die gleichen Sounds zu spielen, war für Amateurmusiker*innen äußerst attraktiv.
Besonders erwähnenswert sind auch die beeindruckenden Optimierungen, die die Yamaha-Entwickler bei der Leistung der Klaviatur erzielt haben - umso wichtiger für die Steuerung der hochkomplexen Sounds, die durch die FM-Synthese möglich wurden. In Kombination mit einer anschlagdynamischen Tastatur kann der FM-Klangerzeuger Sounds auf unzählige verschiedene Arten modulieren. Um das Beste aus dieser Technologie herauszuholen, entschieden wir uns, den DX7 mit unserem FS-Keybed auszustatten. Diese Tastatur wurde ursprünglich für die Electone entwickelt, gehörte dann aber über zwei Jahrzehnte lang zur Standardausstattung der Flaggschiff-Synthesizer von Yamaha und wurde von vielen Musikern geliebt.
Nicht zuletzt unterstützt der DX7 auch MIDI - einen technischen Standard, der 1982 eingeführt wurde, um Musikinstrumente in die Lage zu versetzen, Informationen digital miteinander auszutauschen. Dazu gehören nicht nur Daten, die durch das Spielen auf der Tastatur erzeugt werden, sondern auch solche, die durch die Betätigung des Sustain-Pedals, des Lautstärkepedals und vieler anderer leistungsbezogener Regler entstehen. Die einfache Tatsache, dass Yamaha diesen Standard so kurz nach seiner Veröffentlichung übernommen hat, war ein weiterer Grund, warum der DX7 damals so viel Aufmerksamkeit erregte, doch die Funktionen, die er bot, waren ebenso genial. Wenn man den DX7 zum Beispiel mit einem MIDI-Sequenzer steuert - einem Gerät, das Synthesizer automatisch spielen kann, indem es MIDI-Daten sendet -, kann man die Performance eines anderen Musikers Note für Note nachspielen und mühelos roboterhaft klingende Parts oder schnelle Phrasen erzeugen, die für Menschen nur schwer kontinuierlich zu spielen wären. Ein weiteres Merkmal, durch das der DX7 auf sich aufmerksam machte, war seine Fähigkeit, innovative, wegweisende Musik zu produzieren, wie z. B. die Dance- und Techno-Sounds, die in den Achtzigern entstanden - Musik, die durch die Kombination von roboterhaften MIDI-Performances mit harten Synthesizer-Bässen den charakteristischen FM-Sound populär machten.
Mit diesen und anderen bahnbrechenden Funktionen rüttelte der digitale Synthesizer DX7 sowohl die Performance- als auch die Geschäftsseite der Musikindustrie kräftig durch und beeinflusste neben der Popmusik der damaligen Zeit auch die Form zukünftiger Synthesizer.
Die Synthesizer-Welt im Wandel
Nach der Einführung des DX7 erlebte die Welt der Synthesizer einen großen Wandel. Die zusätzliche MIDI-Unterstützung ermöglichte nicht nur das automatische Abspielen von Musikparts, sondern gab auch den Anstoß für das Konzept der Klangerweiterung für Echtzeit-Performer. Beispielsweise konnte man zwei DX7 so einstellen, dass sie genau denselben E-Piano-Part spielten. Wenn man die Tonhöhe eines dieser Instrumente nur geringfügig anhob, entstand ein Chorus-Effekt, der den Gesamtklang wesentlich voller machte. Dieser Ansatz ließ sich auch auf eine größere Anzahl von Synthesizern anwenden. Da aber niemand drei oder vier Synthesizer gleichzeitig spielen konnte, erkannten wir, dass die DX7-Synthesizer, die ausschließlich in einer Erweiterungsfunktion verwendet wurden, keine Tastatur benötigten. Unsere Antwort darauf war die TX-Serie von klangerzeugenden Modulen ohne Tastatur.
Auf den DX7 folgten viele weitere dieser Produkte, wie der rackmontierte Tongenerator TX816, der in der Lage war, extrem satte Klänge zu erzeugen, und der TX7, der einen DX7-Tongenerator in einem sehr markanten Gehäuse unterbrachte. Die luxuriösen FM-Klänge, die sie durch die Erweiterung des Tongenerators lieferten, wurden auch zu einem unverzichtbaren Bestandteil der damaligen Musikszene und verschafften den Instrumenten einen ausgezeichneten Ruf.
Die Synthesizer der Yamaha DX-Serie entwickelten sich zusammen mit dem technologischen Fortschritt weiter. Der DX7 II besaß ein gewichtsoptimiertes Aluminiumgehäuse, wodurch er deutlich portabler wurde. Später wurde ein Diskettenlaufwerk ergänzt, um die damals weitverbreiteten 3,5-Zoll-Disketten zu verwenden. Im Zuge der Weiterentwicklung der Serie wurden noch kreativere Funktionen eingeführt, wie z. B. zwei Ausgangskanäle mit Unterstützung für Stereo-Panning und eine Mikro-Tuning-Funktion, die es Musikern ermöglichte, andere Stimmungssysteme als die temperierte Stimmung zu verwenden, wie etwa arabische Skalen. Das etwas früher erschienene Mini-Keyboard-Modell DX100 wies eine Reihe von Innovationen auf, die speziell auf Musiker zugeschnitten waren: So wurde beispielsweise das Pitch-Bend-Rad in die obere linke Ecke verlegt. Wurde das Instrument mit einem Gurt im Stehen gespielt, konnte die Pitch-Bend-Richtung gedreht werden, sodass ein gitarrenartiges Tonbending realisiert werden konnte.
Die DX-Serie eroberte nicht nur die Musikwelt der 80er im Sturm, sondern war auch ein Motor für die Entwicklung der modernen Benutzeroberfläche des digitalen Synthesizers und seiner primären Funktionalität als Instrument.
Der Weg zur Home-Musikproduktion
Bis in die 80er-Jahre hinein spielten Amateurmusiker ihre Musik zwar live, aber Aufnahmen wurden ausschließlich in Studios von Profis gemacht. In diesem Jahrzehnt wurde jedoch der Mehrspurrecorder (Multitrack-Recorder/MTR) – ein Gerät, das vier einzelne Spuren auf einer Standard-Musikkassette aufnehmen kann – extrem populär, und dies ermöglichte es jedem, unabhängig von seinen Fähigkeiten, Mehrspuraufnahmen bequem von zu Hause aus zu erstellen. Zu Beginn bestand der Standard-MTR-Prozess darin, zuerst den Rhythmus mit einem Drumcomputer aufzunehmen und dann Bass-, Gitarren- und Keyboard-Spuren darüberzulegen, um den Song zu vervollständigen. Mit der wachsenden Beliebtheit von MIDI-kompatiblen Instrumenten konnten Musiker jedoch ihre Sequenzer und Drumcomputer synchronisieren und MIDI-Synthesizer wie die der DX-Serie wurden regelmäßig sowohl für Bass- als auch für Akkordspuren verwendet. Der DX7 konnte jedoch nur eine Stimme gleichzeitig erzeugen, sodass zwei dieser Synthesizer erforderlich waren, wenn beispielsweise Bass und E-Piano gleichzeitig gespielt werden mussten.
Yamahas Lösung war der mehrstimmige Tongenerator. MIDI-Daten können bestimmten Kanälen zugewiesen werden. Wenn ein MIDI-Sequenzer wie etwa aus der QX-Serie eingesetzt wird, um Performance-Daten zu übertragen, die in verschiedenen Kanälen organisiert sind, lassen sich z. B. Bass-, Klavier- und Marimba-Stimmen mit Hilfe der Daten auf Kanal 1, 2 bzw. 3 spielen. Ein multitimbraler Klangerzeuger, der diese Daten empfängt, würde jedem Kanal eine andere Stimme zuweisen, und in unserem Beispiel müsste das Äquivalent von drei einzelnen Synthesizern in einen einzigen Klangerzeuger integriert werden. Das Produkt, das Yamaha nach diesem Ansatz entwickelte, war das Klangerzeugermodul TX81Z - ein revolutionäres Gerät, welches das Äquivalent von acht FM-Synthesizern mit jeweils vier eigenen Operatoren umfasst. Alle acht FM-Tongeneratoren konnten auf denselben Kanal gelegt werden, um sattere und dichtere Klänge zu erzeugen. Außerdem waren die Operatoren erstmals mit anderen Wellenformen als der Sinuswelle ausgestattet, so dass sich eine größere Vielfalt an Klängen erzeugen ließ. Aus diesem Grund wird der TX81Z oft als verstecktes Juwel unter den Synthesizermodulen angesehen.
Zu dieser Zeit begannen Musikproduzenten, sämtliche Parts - egal ob Rhythmus-, Bass- oder Akkordinstrumente - gleichzeitig mit einem Synthesizer zu spielen, was letztlich zum Aufkommen von Synthesizern mit integriertem MIDI-Sequenzer führte. Der Yamaha V-50 war der ultimative FM-Synthesizer, der den TX81Z mit einer Tastatur, einem MIDI-Sequenzer, einer Rhythmusmaschine mit PCM-Tonerzeugung und digitalen Effektprozessoren kombinierte. Dieses Instrument sprengte die Grenzen des digitalen Synthesizers und leutete damit die Ära der Workstations ein.
In weniger als einem Jahrzehnt, ausgehend vom GS1 im Jahr 1981 bis hin zum V-50 im Jahr 1989, entwickelten sich unsere digitalen Synthesizer vom einfachen Performance-Instrument zur vollwertigen Musik-Workstation. Die achtziger Jahre waren zweifellos eine der aufregendsten und dynamischsten Perioden in der Geschichte der Yamaha Synthesizer.
