Das Filter in der elektronischen Klangerzeugung

Die unterschiedlichen Arten und Typen von Filtern wurden schon in einem früheren Kapitel besprochen und werden hier nicht mehr erwähnt.

Wir wenden uns nun der Technik und der Verwendung in der Klangsynthese zu.

Im Prinzip basiert einer Filterschaltung auf dem Prinzip, dass Ströme unterhalb einer Kennfrequenz immer schlechter übertragen werden. Bei analogen Synthesizern kommt als zusätzliches Charakteristika hinzu, dass Filter gleicher Ausführung verschiedene Klangeigenschaften haben. Die häufigsten Tiefpassfiltertypen sind:

BESSEL BUTTERWORTH TSCHEBYSCHEFF
Der Besselfilter zeichnet sich durch einen linearen Phasengang aus und Form und Symmetrie bleiben bei der Sprungantwort erhalten.
Beim Butterworth-Filter ist der Phasengang nicht ganz so linear, wie beim Besselfilter. Der Vorteil bei diesem Typ ist die geringe Welligkeit im Durchlassbereich.
Bei diesem Filtertyp ist der Amplitudenverlauf im Übergang wellig und der Phasenverlauf ist nicht linear. Der Vorteil ist der steile Verlauf im Amplitudengang, wie die Abbildung zeigt.

Abb.: Frequenzgang eines Bessel-Filters

Abb.: Butterworth-Filter

Abb.: Charakteristik des Tschebyscheff-Filters


Die unterschiedlichen Klangcharakteristiken entstehen durch unterschiedliche Werte für Phasenverhalten, Frequenzgang und Sprungantwort. Der relative Frequenzgang gibt an, wie gleichmäßig Frequenzen vor der Kennfrequenz übertragen werden und wie abrupt der Abfall über der Kennfrequenz beginnt. Die Sprungantwort bedeutet das Problem, dass bei einem raschen Spannungswechsel die Schaltung nicht sofort, sondern verzögert folgt, über das Ziel hinausgeht und erst nach einigen Schwankungen auf den neuen Wert einpendelt.

Es wäre natürlich wünschenswert, die Filtercharakteristiken regeln zu können. Bei analogen Systemen erreicht man dies durch die Erzeugung einer Rückkoppelung im Filter-Modul. Dem Eingangssignal wird ein invertiertes Ausgangssignal beigemischt; dies wird als „Resonanz“ bezeichnet. Je nach Einstellung beginnt das Filter im Bereich der Cutoff-Frequenz zu schwingen.

In unserer digitalen Umgebung wird dies durch den Parameter Res – Resonance dargestellt.

Das ganze klingt dann folgendermaßen:


Hörbeispiel: schwingendes Filter

Ein LFO erzeugt eine Schwingung, deren Geschwindigkeit über einen Regler eingestellt werden kann. Zusätzlich lässt sich die Form der Schwingung variieren. Mit Hilfe des Cutoff-Reglers wird der Bereich der Kennfrequenz festgelegt, was speziell beim Low-Pass-Filter zu hören ist. Über die Schalter HP, BP und LP wird der jeweilige Filter ausgewählt.


Abb.: Ein LFO mit nachgeschaltetem Filter