Effekte für die E- Gitarre


Allgemeines über Effekte

Jeder der beruflich oder privat das Spielen einer Gitarre praktiziert, setzt sich irgendwann mit der Frage auseinander, seinen Klang mit Hilfe entsprechender Effektgeräte zu verändern. Zugegebenermaßen klingt eine E Gitarre auf Dauer ohne Effekte ziemlich dünn und trocken. Erst die Zugabe von Hall, Echo, Flanger, Chorus, Distortion etc. verleihen dem Instrument den nötigen Biss. Aus diesem Grunde habe ich mich natürlich ebenfalls mit der Entwicklung solcher Effekte beschäftigt und möchte daher von vornherein das Zauberwort sagen:

DSP- Digital Signal Processor

Das Internet ist überladen mit einfachen, primitiven Schaltungen rund um das Gebiet der Effekte. Leider genauso primitiv sind auch die Klangergebnisse, da fast all diese Schaltungen auf analoger Basis aufgebaut sind. Interessierte Leser können sich hier meinen analogen Verzerrer anschauen bzw. runterladen, aber wie gesagt, die Qualität eines DSP's ist damit nicht zu erreichen.

1. Analoger Verzerrer mit Diode Clipping und Mute

Heutzutage werden professionelle und gut klingende Effekt Pre Amps nur auf digitaler Ebene aufgebaut. Zu diesem Zweck wurden DSP's, sogenannte Digital Signal Processors entwickelt, mit denen man Signalverläufe beliebiger Art erzeugen kann. 24 Bit DSP's kommen in den meisten Effektgeräten zum Einsatz. Ich persönlich benutze den Effekt Pre Amp "Pod Pro" von Line6, der in 2001 der meist verkaufteste in Deutschland war und diesen Status bis heute aufrecht erhalten konnte.

Weitere Informationen über die entsprechenden Produkte können auf der Homepage von Line6 eingeholt werden. Bei Effektgeräten dieser Klasse wird das analoge Signal der Gitarre über einen A/D Wandler in digitaler Form dem DSP zugeführt. Dieser erzeugt anschließend den gewünschten Signalverlauf, der dann erneut als analoges Signal am Ausgang zur Verfügung steht. Ein bewährter DSP ist z. B. der DSP56364 von Motorola. Leider ist die Programmierumgebung für solche Prozessoren recht teuer und daher für rein private Anwendungen nicht rentabel.


Die einzelnen Effektarten

Für die nachfolgenden Erklärungen sollte man wissen, daß der Grundton der Musik mit A440 bezeichnet wird. Dieser Ton ist ein A Sinussignal mit einer Frequenz von 440Hz. Die Verdoppelung der Frequenz auf 880Hz, also ein A880, wir als Okatvensprung bzw. nächste Oktave bezeichnet. Teile einer Grundfrequenz z. B. von A440 werden als Harmonische bezeichnet. Dabei unterscheidet man zwischen den geraden (halb, viertel, sechstel,...) und ungeraden (drittel, fünftel, siebtel,...) Harmonischen auch Oberwellen genannt. Die Oberwellen werden teilweise individuell von den verschiedensten Effekten beeinflusst und ergeben dadurch ganz eigentümliche Klangfarben. Nun habe ich alle mir bekannten Effekte zusammengetragen und in die folgenden Gruppen untergliedert:

1. Amplitudenbasierte Effekte

2. Signalverlauf/Verzerrungs Effekte

3. Filter/Frequenz Effekte

4. Verzögerungs (Delay) Effekte

5. Andere verschiedene Effekte

6. Kombinationen der o. a. Effekte

1. Amplitudenbasierte Effekte

Bei den amplitudenbasierten Effekten handelt es sich wohl um die am meisten verbreiteten Effekte weltweit, da man sie nicht nur in speziellen Equipment sondern auch in alltäglichen Instrumenten wiederfindet.

Volume Control ist die manuelle Veränderung der Lautstärke. Dies wird entweder analog durch Potentiometer oder digital ebenfalls durch digitale Potentiometer oder aber auch durch A/D- bzw. D/A- Wandler erreicht.

Tremolo ist die zyklische Variation von Lautstärke bei leichter Oszillation der Frequenz. Der Vibrato Effekt ist hierzu im Vergleich die Variation der Wellenlänge bzw. Frequenz. Diese beiden Effekte werden leider oft miteinander verwechselt. Beispiele sind der Diaz Tremodillo und Boss Pan 2 Tremolo.

Auto Tremolo ist identisch mit dem Tremoloeffekt, jedoch wird die Modulation der Frequenz durch bestimmte Parameter des Eingangssignals bestimmt.

Panning / Ping Pong ist die Erzeugung des Tremoloeffektes über mehr als nur einem Kanal. Wird ein Kanal hochgefahren, so fährt der andere herunter. Durch die Verwendung von nicht rechteckförmigen Wellen wird ein Wandern der Geräusche erzeugt. Beispiele sind der Boss Pan 2 Tremolo und Ibanez Flying Pan

Gating / Repeat Percussion ist der Tremoloeffekt mit einer 100% Modulation des Eingangsignals durch ein Rechtecksignal. Durch ein exponentiell abfallendes Eingangssignal (die Gitarre ist ein gutes Beispiel dafür) erscheint die gleiche Note doppelt gespielt, jedoch mit abgeschwächtem Level. Beispiele: Vox Repeat Percussion und Walco "Sound Go Round".

Der Effekt Compression verringert große und erhöht kleine Einganssignale. Dadurch entsteht ein gleichbleibender Lautstärkepegel mit geringerer Dynamik. Der Electro Harmonix Black Finger war der erste Compressor 1970. Weiterhin gibt es den MXR Dynacomp und Boss CS1-3.

Der Effekt Expansion verringert kleine und erhöht große Einganssignale. Er ist das Gegenteil der Compression. Dieser Effekt ist eine Art Volume Control bei dem der Steuerungslevel nach dem durchschnittlichen Eingangspegel berechnet wird. Kann auch eingesetzt werden um kleine, ungewollte Signale bzw. Nebengeräusche zu unterdrücken, die sog. Noise Reduction.

Der Effekt Asymmetric Compression / Peak Compression komprimiert nur die Amplitudenspitzen des Eingangssignals. Der Rest wird nicht berücksichtigt, auch wird keine Durchschnittskalkulation des Levels durchgeführt. Dies führt zu einer wesentlich weicheren Art der Clipping Methode, wie sie von Röhren durchgeführt wird.

Noise Gating schaltet den Ausgang komplett ab, wenn das Eingangssignal einen bestimmten Schwellwert unterschritten hat. Um ein abruptes Ein- und Ausschalten zu verhindern, wird der Ausgang moduliert. Beispiele sind der Electro Harmonix Silencer und der MXR Noise Gate Line Driver.

Attack Delay ist eine Variation des Noise Gating. Der Übergang von "Aus" zu "Ein" wird verlangsamt. Dieser Effekt reagiert auf jede gespielte Note und fährt jeden Ton in der Lautstärke von unten herauf. Beispiele geben der Electro Harmonix Attack Delay und der Boss SG1 Slow Gear.

ADSR steht für Attack Decay Sustain Release und stammt aus dem Synthesizer Bereich. Mit diesem Effekt kann man den Originalklang aller Instrumente verhüllen. Man zupft also an einer Gitarrensaite und heraus kommt ein Keyboard Ton. Elektro Harmonix Micro Synth bietet diesen Effekt.

Limiting ähnelt der Compression, ist jedoch erst ab einem bestimmten Schwellwert wirksam. Verhindert, daß Eingangssignale unzulässige Spitzen annehmen. Beispiel ist der MXR Limiter.

Auto Swell erhöht das Eingangssignal und hält es bei bleibend gespielter Note auf einen bestimmten Level. Dadurch kann für einige Noten mehr Sustain aufgebaut werden. Bei Gitarrensoli ist dies ein beliebter Effekt.

2. Verzerrung, Distortion und Overdrive

Die Verzerrung einer E Gitarre ist wohl der bekannteste und am meisten verbreitete Effekt unserer modernen Rockmusik. Zum besseren Verständnis werden nun die einzelnen Typen dieses Effektes beschrieben.

Unter Symmetrical Clipping versteht man das Beschneiden der positiven und negativen Halbwelle einer Schwingung wie z. B. einer Sinuswelle bzw. einem Sinussignal. Symmetrical Clipping erzeugt nur ungerade Oberwellen (auch Harmonische genannt), was letztendlich als Resultat zu einem röhrigen, krächzenden Sound führt. Der Grad der Beschneidung spielt eine wesentliche Rolle. Hard Clipping wird erzeugt, wenn das Ausgangssignal 1:1 dem Eingangssignal während der ansteigenden und abfallenden Flanke folgt, ansonsten jedoch beschnitten ist. Das bedeutet, daß das Eingangssignal schnell den Cliplevel erreicht. Flache und ebene Amplitudenspitzen werden somit erzeugt. Soft Clipping hat keinen abrupten Cliplevel und rundet lediglich die Amplituden etwas ab. Durch Soft Clipping werden die unteren Oberwellen hervorgehoben, also die dritte, fünfte etc., wobei durch Hard Clipping die oberen Oberwellen betont werden, also ab der Siebten aufwärts, wodurch ein rauer Klang erzeugt wird. Die Rundung der Ecken beeinflusst den Klangcharakter ganz erheblich. Eckige Kanten ergeben einen harten Sound, runde Kanten klingen eher weich und langweilig. Viele Pedaleffekte beschneiden Sinussignale sehr hart und runden ggf. durch entsprechende Filter die Ecken etwas ab. Dadurch entsteht der sog. High Gain Sound, in der Hardrock- bzw. Heavy Metal Szene nicht mehr wegzudenken. Weiterhin gibt es auch noch intermodulare Verzerrungen. Sie sind das Produkt von Addition und Subtraktion verschiedener Frequenzen des Eingangssignals, variiert mit unterschiedlichen Graden des Clipping. Wenn man z. B. zwei Frequenzen A440 und A880 intermoduliert, so erhält man die beiden Grundfrequenzen 440Hz und 880Hz und zusätzlich die Addition und Subtraktion der beiden Grundfrequenzen, nämlich 1320Hz und 440Hz. Normalerweise würde das sehr gut klingen. Der Hacken ist jedoch, daß wir als Beispiel zwei Frequenzen gewählt haben, die genau eine Oktave auseinander liegen. Nehmen wir als Beispiel A440 und eine Frequenz, die eine Oktave und ein Drittel höher liegt, also 1467Hz, so erhalten wir die Basisfrequenzen und zusätzlich zwei Signale mit den Frequenzen 1026Hz und 1907Hz. Diese Signale haben nichts mehr mit den Basisfrequenzen gemeinsam, wodurch ein sehr unsauberer Klang entsteht. Diese intermodulare Verzerrungen sind meist nicht erwünscht und klingen schrecklich, sind jedoch Bestandteil der Charakteristik des Schaltkreises.


Unter Asymmetrical Clipping versteht man das stärkere Beschneiden der positiven Halbwelle als der negativen Halbwelle, oder umgekehrt. Dies hat zur Folge, daß nicht nur ungerade Harmonische sondern auch gerade Oberwellen bzw. Harmonische erzeugt werden. Die geraden Oberwellen sind glatter und daher musikalisch wohlklingender. Der Sound wird wesentlich vom Cliplevel und vom Grad der Asymmetrie beeinflusst. Je größer die Asymmetrie, desto stärker werden die geraden Oberwellen betont und je größer der Cliplevel, desto stärker werden die unteren Oberwellen gegenüber den höheren abgeschwächt. Röhren erzeugen im allgemeinen ein Asymmetric Clipping des Signals. Die Fakten über die Intermodulation gelten hier genauso wie bei der Symmetric Clipping.






Infinit Limiting ist die "unendlich" große Verstärkung eines Signals, welches einen rechteckförmigen Verlauf annimmt und mit dem Originalsignal nur noch den Nulldurchgang gemeinsam hat. Diese Art der Verzerrung klingt brummig und man findet sie in Mosrite Fuzz-Rite ('68) und Early Meastro Fuzz tones ('64-'70).





Half Wave Rectification repräsentiert die logische Schlussfolgerung aus der Asymmetric Clipping. Eine der beiden Halbwellen wird geglättet und die andere bleibt unverändert. Dies führt zu einer hervorgehobenen zweiten Oberwelle, die sich wie ein Oktavensprung anhört. Einige analoge Effektgeräte erzeugen diesen "Oktaven" Effekt, wie z. B. Foxx Tone Machine, Tycobrahe und R. M. Octavias, Super Fuzz ('70).





Bei der Full Wave Rectification wird eine der beiden Halbwellen in die entgegengesetzte Polarität umgepolt, ähnlich wie bei der Vollweggleichrichtung. Keine der originalen Basisfrequenzen des Eingangssignals werden beeinflusst und es werden weiterhin nur die geraden Harmonischen erzeugt. Diese Art der Verzerrung generiert sehr starke Oktaven des Eingangssignals und hat eine schnelle Änderung von gerader, ungerader und intermodularer Verzerrung zur Folge, wenn das Eingangssignal aus mehreren Frequenzen besteht, wie es nun mal bei den meisten Musikinstrumenten der Fall ist.




Unter Airbitrary Waveform Generation versteht man die Erzeugung eines komplett neuen Signalverlaufes, unabhängig von der Kurvenform, jedoch in Abhängigkeit der Frequenz des Eingangssignals. Die meisten auf DSP Basis entwickelten Effektgeräte aber auch Gitarrensynthesizer bevorzugen diese Art der Verzerrung, lassen sich doch so alle beliebigen Kurvenverläufe nachbilden.
Um möglichst alle Informationen aus dem Originalsignal mit in das neu zu erstellenden Signal zu übertragen, sind sehr hohe Rechenleistungen und Abtastraten (Samplingrates) erforderlich. Wenn an der Qualität und Geschwindigkeit der DSP's gespart wird, läuft man möglicherweise Gefahr, Informationen zu verlieren und das ist schließlich gleichbedeutend mit geringer Klangqualität.

Das Ziel einer gut klingenden Verzerrung sollte also die Produktion von verzerrten harmonischen Oberwellen sein, wodurch die intermodulare Verzerrung auf ein Minimum reduziert sein muß. Natürlich ist genau das in der Praxis sehr schwierig. Ein möglicher Weg dies zu erreichen ist die Vermeidung von scharfe Ecken bzw. Kanten im Signalverlauf. Röhren liefern dieses Verhalten wenn sie übersteuert werden.

Bekanntermaßen trägt jede Schwingung einen gewissen Betrag an Informationen. Werden Signale durch "Cliping" bearbeitet, so werden zwangsläufig Informationen vom Eingangssignal herausgenommen, die nachher nicht mehr zugeführt werden können. Dies ist der Grund, warum durch "Cliping" bearbeitete Sinus-, Rechteck-, Dreieck-, etc.- Signale gleich klingen. Das "Infinite Limiting" Verfahren ist Informationen gegenüber wesentlich sensibler. Oft sind die Amplituden dieser Signale nur komprimiert, d. h. die Informationen sind nicht verloren. Viele Gitarristen mögen diesen warmen, fetten Sound. Trotzdem ist dies noch nicht die Nachbildung eines Vakuum Röhrenklangs. Röhren sind nicht symmetrisch genug, um die positiven und negativen Amplituden gleichermaßen zu komprimieren. Das CMOS basierte Pedal ElectroHarmonix Hot Tubes arbeitet mit "Infinite Limiting".

Es gibt natürlich auch noch andere Arten Signale zu bearbeiten, außer sie lediglich zu beschneiden oder zu limitieren. Um einen Klang voller zu gestalten, erzeugt man zusätzliche Oktaven zum Grundton. Die "Full Wave Rectification" Methode bietet diese Möglichkeit. Mathematische Formeln beweisen, daß die niedrigste Frequenz in einem solchen Signal den doppelten Betrag der Frequenz des Grundtones hat, also genau um eine Oktave höher ist. Die Pedale Tyco Brahe Octavia, UniVox Super Fuzz, Foxx Fuzz Wah, und Foxx Tome Machine benutzen dieses Prinzip. Sie besitzen eine Vollweggleichrichtung, Diodenclipping und anschließender Filterung. Die Vollweggleichrichtung besitzt jedoch auch zwei Nachteile. Zum Einen ist die Frequenz verändert und zum Anderen enthält das Nutzsignal unerwünschte Informationen. Beide Erscheinungen können manchmal unerwünscht sein. Hier kommt nun der Vorteil der "Half Way Rectification" zum tragen. Dieses Signal besitzt die gleiche Frequenz wie das Basissignal und enthält dennoch die vollständigen Information der Grundschwingung.

Immer wieder kommt es zu Verwechselungen bei den Begriffen Distortion und Overdrive. Von Distortion spricht man, wenn das Nutzsignal ständig durch die "Clipping" Methode bearbeitet wird. Hierbei sorgen meist zwei gegeneinander gepolte Dioden für das Beschneiden des Signals. Die Pedaleffekte werden als Distortion- oder auch Fuzz Pedals bezeichnet. Bei dem Effekt Overdrive wird das Nutzsignal nicht ständig mit der "Cliping" Methode bearbeitet. Die Verzerrung steigt hier lediglich schrittweise an. Durch die Stärke des Saitenanschlags kann der Grad der Verzerrung während des Spielens beeinflusst werden. Eines der bekanntesten Effektpedals arbeitet nach diesem Prinzip, der Ibanez Tube Screamer.


3. Filter / Frequenz Effekte

Mit dem Effekt EQ / Tone Controls lassen sich die Höhen, Mitten und Tiefen einstellen, genauer gesagt verstärken oder abschwächen. Der Bereich beträgt typischerweise +/-12dB bis +/-20dB. Als Beispiel dient jedes Audio Haushaltsgerät.

Treble / Mid / Bass Boost ist ein zusätzlicher EQ / Tone Control Effekt mit dem Unterschied, daß der Treble / Mid / Bass Boost Effekt intensiver die Frequenzen beeinflusst. Hier existiert lediglich eine Verstärkung, jedoch keine Abschwächung der Signalamplituden der einzelnen Frequenzen. Dan Armstrong Purple Peaker und Vox Treble Booster sind Beispiele für diesen Effekt.

Cabinet Simulation ist ein Netzwerk von Filtern, um die zwei bis vier Hauptfrequenzen eines Lautsprechers zu simulieren. Damit ist es möglich, den Lautsprecherklang, ohne vorher mit dem Mikro aufzunehmen, direkt in die PA zu übertragen. Der Gitarren Effekt Pre Amp "Pod Pro" von Line6 und der Tech 21 Sans Amp bieten diese Möglichkeit.

Ein Resonator ist ein Filter mit dem man Frequenzen erhöhen oder verringern kann. Der Clou ist der sehr enge Verstellbereich. Dadurch hört sich der Effekt an wie ein nicht betätigtes Wah Pedal. Boss SP-1 Spectrum.

Wah ist ein Resonator, der die Zentralfrequenz durch ein Pedal anheben oder absenken kann. Der Name "Wah" stammt aus der Entwicklungsphase, als man die Resonanz der menschlichen Stimme verändert hat. Das erste Wah Wah Pedal war der Vox Clyde McCoy, welches ursprünglich entwickelt wurde, um Trompetenspieler einen emulierten Sound mit Mute zu verleihen. Als Beispiel dient hier der Crybaby.

Auto Wah ist ein Wah Filter, bei dem die Zentralfrequenz durch die Größe des Einganspegels bestimmt wird. Eine Veränderung der Resonanz bei jeder gespielten Note kann dadurch erreicht werden. Der Elektro Harmonix Doctor und MXR Envelope Filter bieten diesen Effekt.

Tremolo Wah ist ein Wah Effekt, bei dem die Zentralfrequenz permanent verändert wird, so als ob das Wah Pedal ständig von einem Motor bewegt wird. Effekte ähnlich wie beim "Rotating Speaker" oder "Phasing" können hier auftreten. Boss Auto Wah AW-2.

Vibrato ist eine zyklische Variation der Basisfrequenz des Eingangssignals. Ähnliches erzielt man, wenn ein "Whammy Bar" über den Hals einer Gitarre gezogen wird. Der Vibrato Effekt ist ursprünglich ein Zusatzeffekt, der eine Art von Zeitverzögerung benötigt. Dadurch hat es lange gedauert, um diesen Effekt zu realisieren. Allgemein ist der Vibrato Effekt eher bekannt unter dem Namen "Chorus". Boss CE-1 Chorus Ensemble.

Phase Shifting ist eine Filterrückkopplung von langen Verzögerungsphasen auf das Eingangssignal. Dadurch entsteht eine gewisse Anzahl von Filterrückkopplungsspitzen bzw. Filterrückkopplungstäler. Durch die Echtzeitverzögerung entseht der Eindruck, daß die Signale in der Frequenz viel häufiger angehoben bzw. abgesenkt werden. Der Boss PH-2 Super Phaser und MXR Phase 45, 90 und 100 sind gute Beispiele.


4. Verzögerungs (Delay) Effekte

Reverb, oder genauer formuliert Reverberation (Hall), ist sicherlich einer der am häufigsten eingesetzten Effekte in der Musikwelt. Wenn man das Wort Reverb erwähnt, denken viele Musiker sofort an das Einstellpoti an dem Verstärker oder an Signalprocessing oder sogar an einer Stomp Box. Die Meisten realisieren gar nicht, wie wichtig Reverberation ist und dass dieser Effekt täglich, ohne jegliche Elektronik auftritt.

Reverberation ist das Resultat von vielen Reflektionen eines Tons in einem Raum. Von Jeder Soundquelle, z. B. einem Lautsprecher, gibt es einen direkten Weg zum Ohr des Hörers. Das ist natürlich nicht der einzige Weg, über den akustische Schwingungen uns erreichen können. Schwingungen können auch einen längeren Weg zurücklegen, bevor diese unsere Ohren erreichen, z. B. durch Reflektionen an Wänden oder anderen im Raum befindlichen Gegenständen. Eine reflektierte Schwingung wird unser Ohr später erreichen, als eine direkte Schwingung. Diese muss einen längeren Weg zurücklegen und ist oft auch schwächer in der Amplitude, da Wände bzw. Gegenstände Anteile der Schwingungsenergie absorbieren. Schwingungen werden nicht nur einmal reflektiert sondern fast unendlich oft, nämlich von Wand zu Wand, je nachdem wie die Signalquelle ausgerichtet ist. Dadurch entstehen unendlich viele Reflektionen mit unterschiedlichen Verzögerungen und Amplituden. Diese Serie von Reflektionen werden als Reverb bezeichnet.

Es ist sehr einfach zu behaupten, dass Reverb eine Serie von Echos ist, aber das ist nicht ganz korrekt. Echo verzögert eine ganz bestimmte Version des Originalsounds sehr stark, hingegen der Reverb Effekt  das Originalsignal nicht verfälscht und die Reflektionen sehr schnell nach dem Original eintreffen. Dadurch nimmt man jede Reflektion nicht als Kopie des Originalsignals war, wie es z. B. bei dem Echo Effekt der Fall ist. Obwohl wir nun nicht jede Reflektion war nehmen, ist der gesamte Effekt, also die komplette Serie der Reflektionen für uns sehr gut erkennbar bzw. hörbar.

Nun ist vielleicht der Eindruck entstanden, dass Reverb ein einfacher Delay Effekt mit Rückführung ist. Zwischen Delay und Reverb gibt es jedoch den Unterschied, dass das Delay immer die selbe Anzahl von Schwingungen in einer bestimmten Zeit erzeugt. Beim Reverb ist das so nicht. Hier variiert die Anzahl der Schwingungen über eine bestimmte Zeitperiode. Man spricht von frühen und späten Reflektionen. Nach dem Erscheinen des Originalsignals treten wenige frühe Reflektionen auf, die abhängig von der Form und Größe des Raumes, der Position der Quelle und des Hörers sind. Nach den frühen Reflektionen erhöht sich die Anzahl der folgenden Reflektionen sehr stark. Diese Schwingungen sind eher zufällig und können physikalisch nicht unbedingt der Charakteristik des Raumes zugeordnet werden. Dieses Erscheinen wird "Diffuse Reverberation" oder späte Reflektionen genannt. Es wird angenommen, dass die späten Reflektionen der primäre Faktor sind, um die Raumgröße auszudrücken und in guten Konzerthallen exponentiell abfallen. Die Grafik verdeutlicht die Anzahl der frühen und späten Reflektionen sowie die exponentiell abfallende Amplitude in einem bestimmten Zeitintervall.

Eine weitere sehr wichtige Charakteristik des Reverb Effektes ist die gegenseitige Abhängigkeit der Schwingungen, die das menschliche Gehör erreichen. Um Zuhörern den Eindruck eines großen Raumes zu vermitteln, sollten die Signale des Einen nicht mit denen des anderen Ohrs übereinstimmen. Das ist der Grund, warum Konzertsäle eine hohe Decke haben. Bei einer niedrigen Decke würden die ersten Schwingungen von dieser reflektiert und gleichzeitig die Ohren der Zuhörer erreichen. Bei einer hohen Decke werden die ersten Schwingungen von den Wänden reflektiert. Diese stehen immer in einem anderen Verhältnis zueinander, wodurch die Reflektionen nicht zeitgleich beide Ohren der Zuhörer erreichen. Diese Charakteristik ist entscheidend für die Entwicklung des Stereo Reverb Effektes.

Eine messbare Größe für den Hall eines Raumes ist die Hallzeit. Genauer gesagt, die Hallzeit ist die Zeit, in der die Amplitude der Schwingung auf 1/1000 (60dB) der ursprünglichen Größe abgeschwächt ist. Größere Hallzeiten bedeuten, dass die Klangenergie länger in einem Raum steht bevor diese anschließend absorbiert wird. Die Hallzeit hängt unmittelbar mit der Größe eines Raumes zusammen. Konzerthallen haben Hallzeiten von ca. 1,5 bis 2 Sekunden.

Die Hallzeit wird vornehmlich durch zwei Faktoren beeinflusst. Die Größe des Raumes und die Oberfläche der Wände, Decke und Boden. Die Oberfläche bestimmt, wie viele Energie jede Reflektion verliert. Hoch reflektierende Materialien, wie z. B. Fliesen, Glasscheiben etc. vergrößern die Hallzeit eines Raumes, da diese Werkstoffe sehr glatt sind. Absorbierende Materialien, wie z. B. Kartonagen, Dämmmaterial oder Menschen verkürzen die Hallzeit. Nebenbei bemerkt, der Absorptionsgrad der einzelnen Materialien ist natürlich auch frequenzabhängig. Beim Soundcheck kommt es häufig vor, dass der Raum wesentlich anders klingt, als später, wenn dieser mit Menschen gefüllt ist. Größere Räume haben längere Hallzeiten, da die Schwingungen weitere Wege zwischen den einzelnen Reflektionspunkten zurücklegen müssen. Die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit bestimmen ebenfalls die Hallzeit. Hohe Frequenzen sind davon am meisten betroffen. Viele Hallprozessoren haben daher entsprechende Low Pass Filter integriert. Wenn man manuell die Halleigenschaften eines Raumes überprüfen möchte, kann man das am besten mit kurzen impulsartigen Tönen erreichen. Ein Händeklatsch ist oftmals ausreichend, um die Unterschiede feststellen zu können.

Für interessiert Leser, hier ein kleiner Ausflug in die Grundlagen der Akustik. Bei Hall spricht man auch oft von direkten oder reversierenden Klangfeldern in einem Raum. Wenn das Originalsignal lauter als die Reflektion ist, dann befindet man sich in einem direkten Klangfeld. Sind jedoch die Reflektionen aufgrund des Reflektionsdruckes größer als das Originalsignal, befindet man sich in einem reversierenden Klangfeld. Die Stelle, bei der beide Signale die gleiche Amplitude besitzen, bezeichnet man als "kritische Distanz".

Das reversierende Feld ist sehr wichtig. In der Tat, befindet man sich meistens nicht im direkten, sondern im reversierenden Feld. Ohne das reversierende Feld würde man keine Konzerte in größeren Räumen verfolgen können, da die direkte Tonquelle nicht ausreicht, um den Sound entsprechend zu verteilen. Vielleicht ist es Ihnen bereits aufgefallen, dass man im Freien zu einer Gruppe von Menschen viel lauter sprechen muss als in einem Raum. Im Freien fehlen einfach die reflektierenden Oberflächen, so dass viel Klangenergie nicht genutzt werden kann.

Speziell für Musik sind die reversierenden Klangfelder ebenfalls extrem wichtig. Nur sie ermöglichen es, einem Orchester zu zuhören und jeden Musiker zu verfolgen, unabhängig von seiner Position innerhalb der Gruppe. Weiterhin profitieren viele Instrumente von den reversierenden Feldern, wie z. B. die Violine. Diese Instrument klingt in einem direkten Feld völlig anders, teilweise sogar unbefriedigend. Erst die Reflektion anderer Frequenzen verleihen diesem Instrument den typischen Klang.

Warum benutzt man eigentlich den Reverb Effekt, wenn uns Reflektionsquellen ständig umgeben? Meistens befinden wir uns in Räumen mit verminderten Halleigenschaften. Die Umgebung in einem Auto reicht z. B. nicht aus, um ein Sound wie von einem Orchestra zu erzeugen. Wenn zudem sogar noch Kopfhörer zum Einsatz kommen, wird der Musik keinerlei Reflektionen zugeführt. Ein sehr "trockenes" Signal entsteht, welches dann auch noch sehr unnatürlich wirkt. Da wir uns also nicht immer in einem Konzertsaal aufhalten, wird bereits bei den Aufnahmen der Reverb Effekt hinzugeführt. Dazu wurden verschiedene Methoden entwickelt.


Die Gated Reverb Methode schneidet Reflektionsimpulse eines Hallgerätes nach einer bestimmten Zeit ab. Hier wird einem Klang nur eine bestimmte Anzahl von Reflektionen erlaubt. Die Länge der Zeit, bevor eine Reflektion abgeschnitten bzw. abgeschwächt wird, nennt man "Gate Time". Viele Hallgeräte erlauben einen langsam abklingenden Sound, der sich in den meisten Fällen besser anhört als ein abruptes Ende. "Gated Reverb" Effekte werden durch digitale Signalprozessoren realisiert und werden meist bei Schlagzeugaufnahmen eingesetzt.



Die Reverse Reverb Methode invertiert den Hall, wie er zuvor bereits besprochen wurde. Anstelle laut anzufangen und exponentiell schwächer zu werden, wird das Signal hier leise reflektiert und anschließend exponentiell lauter bis es schließlich abrupt abgeschnitten wird. Die Zeit, in der das Signal anwächst wird als "Reverse Time" oder "Gate Time" bezeichnet. Die nebenstehende Grafik verdeutlicht den beschriebenen Effekt. Manchmal hört sich der Reverse Reverb Effekt wie ein Slapback Delay Effekt an, weil er abrupt endet. Hört man jedoch genauer hin, so ist der Aufbau des Effektes erkennbar. Reverse Reverb wird meist digital erzeugt.


Als wichtigste Parameter des Reverberation Effektes gelten das Predelay, Reverb Decay, Gate Time, Gate Decay Time und Gate Treshold.

Der Parameter Predelay ist die Zeit, bis das erste reflektierte Signal zu hören ist, bzw. das erste reflektierte Signal der "frühen Reflektion". Bei manchen Effekten bezieht sich das Predelay auch auf die "späte Reflektion". Komplexe Reverb Effektgeräte ermöglichen auch die Einstellung sowohl für den frühen- als auch für den späten Reflektionsbereich. Bei der Simulation von reellen Umgebungen ist es wichtig, dass der Parameter Predelay für die frühe Reflektion zeitlich kürzer eingestellt ist als für die späte Reflektion.

Reverb Decay bestimmt die Dauer der zu hörenden Reflektionen, nachdem der Eingang keine Signale mehr empfangen hat. Die Angabe des Wertes, "Was man definitiv hören kann" variiert von Hersteller zu Hersteller sehr stark. Der Wert für Reverb Decay wird typischerweise in Millisekunden angegeben und wird teilweise auch als Reverb Time bezeichnet.

Gate Time bezieht sich auf den Effekt Gated Reverb. Die Gate Time ist einfach die Zeit, in der der Hall erscheinen darf. Dieser Parameter bezieht sich ebenfalls auf den Effekt Reverse Reverb.

Die Gate Decay Time steuert die Art und Weise, wie der Hall angewendet bzw. beendet wird. Eine sehr kurze Gate Decay Time beendet abrupt den Hall, hingegen ein größerer Wert führt dazu, dass der Hall langsam ausgeblendet (Fade Away) wird.

Mit dem Parameter Gate Treshold ist es möglich, ein zeitlich begrenzten Hall nicht nur auf das gesamte Originalsignal sondern lediglich auf bestimmte Signalamplituden anzuwenden. Besitzt das Eingangssignal hohe Amplituden, so wird der Hall Effekt auf alle Signalanteile angewandt. Befinden sich jedoch einige Signalanteile unterhalb des eingestellten Schwellwertes (Treshold), wird der Effekteingang geschlossen und keine Reflektionen erzeugt bzw. die Anzahl der Reflektionen stark reduziert. Der Eingang wird erneut freigeschaltet, wenn das Eingangssignal den eingestellten Schwellwert überschreitet. Einige Effektgeräte besitzen einen fest eingestellten Schwellwert, den der Bediener nicht verändern kann.

Die Realisierung des Reverb (Hall) Effektes kann durch eine Hallkammer, eine Hallfeder (Spring Reverb) , Hallplatten oder durch die bereits angesprochenen DSP's (Digital Signal Processors) erzielt werden.

In den meisten Fällen steht ein Konzertsaal mit exzellenten Halleigenschaften nicht zur Verfügung. Spezielle Hallkammern kommen hier zum Einsatz. Studios besitzen in der Regel einen speziellen Raum, in dem der Hall generiert werden kann. Z. B. Fahrstuhlschächte oder Treppenhäuser können hier behilflich sein. In diesen Fällen kann der Hall durch absorbierende Materialien beeinflusst werden.

Hallfedern bieten eine relativ einfache und preisgünstige Variante. Hallfedern werden in vielen Gitarrenverstärkern eingesetzt. Dort sind sie in Metallgehäusen am Boden der Verstärker platziert. Fender ist ein führender Hersteller von Hallfedern. Die Hallfeder wird mit dem Einganssignal versorgt, generiert den Effekt und führt das veränderte Signal dem Original wieder zu. Die Arbeitsweise einer Hallfeder ist denkbar einfach. Das Audiosignal ist mit einem Ende der Feder über ein Transducer verbunden. Ein Transducer wandelt Energie um. In diesem Fall elektrische in mechanische Energie. Hierdurch entstehen Schwingungen, die durch die Feder laufen. Am anderen Ende der Feder befindet sich ebenfalls ein Transducer, der nun mechanische in elektrische Energie umwandelt, welche dem Originalsignal nun hinzu geführt wird. Erreicht eine Schwingung die Feder, so verweilen Teile dieser Schwingungsenergie in der Feder, wodurch der charakteristische Hallfeder Sound entsteht.

Oft findet man mehrere Hallfedern in einem Effektgerät. Jede Feder kann eine unterschiedliche Länge und Spannkraft besitzen, um das Verhalten einer einzigen Feder zu verhindern, in der alle Reflektionen zu einer bestimmten Zeit auftreten. In allen Fällen ist die Länge und die Spannkraft der Federn fester Bestandteil des Herstellungsprozesses und kann durch den Bediener nicht verändert werden.

Hallfedern sind sensibel gegen jegliche Art von Transport bzw. mechanischer Erschütterung. Wenn eine solche Einheit z. B. zu Boden fällt, ist ein hallähnlicher Klang zu hören. Dieser entsteht, wenn die Feder das Gehäuse berührt oder andere Federn zum Schwingen anregt.

Hallplatten sind eine weitere Möglichkeit den Halleffekt zu realisieren. Außerhalb von Studios werden die Platten jedoch kaum eingesetzt, da sie sehr teuer und meist groß dimensioniert sind. Die Konfiguration ist hier ähnlich wie bei den Hallfedern. Die beiden Transducer (oder mehrere) sind nicht an der Feder sondern an bestimmten Stellen einer Metallplatte befestigt. Die Transducer senden Vibrationen aus. An den Enden der Platte entstehen Reflektionen, die von den Transducern aufgenommen werden. Der Hall kann durch die Aufhängung der Platte und durch die Verbindungsstelle der Transducer beeinflusst werden.

Digitale Signalprozessoren DSP's bilden mittlerweile den Schwerpunkt in der Realisation von Effektgeräten. Gerade durch den Halleffekt ist diese Technologie preisgünstig geworden. In den meisten Halleffektgeräten kommen DSP's zum Einsatz. Früherer digitale Hallalgorithmen simulierten die Halleigenschaften eines Raumes durch die Verwendung zweier Filter, den Comb Filter und den Allpass Filter.

Diese beiden Filtertypen sind sogenannte "Infinite Impulse Response" Filter (IIR Filter). Die Ausgangsamplituden dieser Filter werden nur sehr langsam abgeschwächt. Der Allpassfilter hat die willkommene Eigenschaft, dass alle Frequenzen gleichmäßig passieren können. Auf eine detailliertere Beschreibung dieser Filters wird an dieser Stelle jedoch verzichtet. Von der Firma Schroeder sind sehr viele Algorithmen entwickelt worden. Die Grafik zeigt einen Algorithmus bestehend aus vier Comb Filter und zwei Allpass Filter. Dieses Design generiert keinen besonders langen Hall und ist im Vergleich zu den heutigen Algorithmen recht primitiv. Komplexere Algorithmen erhält man durch die Modellierung verschiedener Raumgrößen. Man definiert z. B. eine Raumgeometrie, legt den Ort der Signalquelle fest, definiert den Standpunkt der Hörer und legt zuletzt mögliche Hallblocker (Gegenständer zur Signalabsorption) fest. Für die frühen Reflektionen werden FIR Filter (Finite Impulse Response) eingesetzt und entsprechende IIR Filter für die diffuse Reflektionen. Für die Simulation der Absorption durch die Umgebungsluft können Low Pass Filter verwendet werden. Wie nun leicht zu erkennen ist, kann der Halleffekt schnell zu einer sehr komplexen Anwendung werden.

Weiterhin gibt es noch andere Methoden, diesen Effekt zu erzielen. Bevor Mikroprozessoren und Speicher finanziell erschwinglich wurden, kamen Magnetband Hallgeräte zum Einsatz. Die Verwendung von mehreren Tonköpfen führte zu beachtlichen Ergebnissen. Mir bekannt ist auch der Einsatz von Wassertanks, bei denen entsprechende Transducer die Umsetzung der Vibrationen durchführten. Denkbar waren auch Rohre, die an verschiedenen Stellen Mikrophone installiert hatten. All diese Methoden sind jedoch chancenlos im Vergleich zur der DSP Technologie. Feder Reverbs von Fender oder Digital / Analog Reverb Pedale wie z. B. Boss RV-3 dienen als Beispiele des Halleffektes.

Der Echo/Delay Effekt ist der wohl einfachste Effekt in der Musikwelt. Wird er jedoch effektiv eingesetzt, so verleiht er dem Sound mehr Volumen, Kraft und Dynamik. Das Delay ist weiterhin Grundlage anderer Effekte, wie z. B. Reverb, Chorus und Flanger.

Eine Delay Schaltung bildet am Ausgang das Audio-Eingangssignal verzögert um die Delaytime ab. Die einzustellende Verzögerungszeit kann von ein paar Millisekunden bis ein paar Sekunden betragen. In der Grafik ist ein einfaches Delay zu sehen. Hier wird lediglich das Eingangssignal unverfälscht, aber zeitlich verzögert am Ausgang wiedergegeben. Diese Anordnung findet man oft in sogenannten "Echo" Geräten wieder.



Die meisten Delay Effektgeräte beschränken sich nicht nur auf ein simples Echo, sondern bieten im Verzögerungskreis eine Rückführung des Signals an. Diese Rückführung wird auch als "Regeneration" bezeichnet und leitet den Ausgang des Delay Kreises wieder auf den Eingang zurück. Dadurch wird ein sich immer wiederholender Sound erzeugt, der bei jeder Wiederholung in der Amplitude schwächer wird. Wichtig dabei ist, dass die Verstärkung der Rückführung kleiner als Eins ist, um die notwendige Stabilität zu erreichen und Schwingneigungen zu unterdrücken. Mit der Rückführung wird das Eingangssignal theoretisch unendlich viele Male wiederholt. Durch die abklingende Amplitude ist jedoch nach kurzer Zeit nichts mehr zu hören.

Delay's eignen sich sehr gut, um Instrumente voluminöser klingen zu lassen. Spielt man mit Verzögerungszeiten von 50 bis 100 Millisekunden, so entsteht der Dopplereffekt. Man bekommt den Eindruck, als ob mehrere Instrumente gleichzeitig gespielt werden. Werden die Verzögerungszeiten größer als 100 Millisekunden eingestellt, so entsteht kein Dopplereffekt sondern deutliche Wiederholungen der gespielten Noten sind zu hören. Eine Interessante Einstellung ist eine Delaytime, die dem gespielten Takt entspricht. Kopien des Sound fallen somit auf jeden Takt. Bei Delaytimes über einer Sekunde spielt man "über sich selbst". Harmonische Wellen können damit erzeugt werden, auch wenn man nur eine Note pro Takt spielt.

Anstelle von Noten lediglich zu wiederholen, können ganze Segmente aufgezeichnet und kurze Zeit später wiederholt werden. Einige Delay Effektgeräte haben die Möglichkeit, Notenfolgen mit Hilfe der Sampling Methode zu speichern. Die Aufzeichnungsdauer ist oft auf ca. zwei Sekunden begrenzt. Für professionelle Aufzeichnungen müssen Systeme eingesetzt werden, die längere Recordperioden bieten. Der JamMan von Lexicon oder der Echoplex von Oberheim sind populäre Geräte, mit denen sogar zusätzliche Samples zu den bereits aufgezeichneten hinzugefügt werden können. Rückwärtiges Abspielen der Samples sowie Aufzeichnungen verschiedener Samples während des Spielens sind ebenfalls denkbar.

Weiterhin sind Delays wichtige Werkzeuge, um mehrere Instrumente stereotypisch aufzuzeichnen. Dieser Effekt kann einen Stereosound erweitern, die Positionen der einzelnen Instrumente bestimmen und den Gesamtklang voller gestalten. Eine kleine Verzögerung kann effektiver sein als ein mühevolles Positionieren von Instrumenten in einem Orchestra. Selbst eine kleine Verzögerung von 20 Millisekunden hat bereits große Auswirkungen.

Verschiedene Echo/Delay Typen sind bekannt, als da wären, Slapback, Multi Tap Delay, und Ping Pong Delay. Beim Slapback handelt es sich um den eingangs bereits angesprochenen einfachen Delay Effekt ohne Rückführung. Ein Delay wird als Slapback Delay bezeichnet, wenn die Verzögerung sehr kurz ist, z. B. zwischen 40 und 120 Millisekunden. Eine größere Verzögerung wird häufiger als Echo und nicht als Slapback bezeichnet.

Ein Multi Tap Delay bietet wesentlich mehr Flexibilität in der Delay Einheit. Diese Effektgeräte erlauben eine komplexere Samplestruktur, die dem eigentlichen Instrument eine erhöhte Rythmusqualität verleiht. Bei den bisherigen Delay Effekt Typen wurde das Ausgangssignal generiert, nachdem das Einganssignal über die komplette Delaytime verzögert wurde. Hier wird nun das Ausgangssignal bereits nach nur einem Teil der abgelaufenen Gesamtverzögerung generiert. Ausgangssignale bereits nach Teilen der Gesamtverzögerung zu erhalten, bezeichnet man auch als "Tapping" der Verzögerungsleitung. Solche Effektgeräte geben immer die Anzahl der Tap's an. Ein 3 Tap Gerät kann also drei Ausgangssignale zur Verfügung stellen, die zu unterschiedlichen Zeiten abgegriffen und anschließend zu einem Gesamtsignal zusammengefasst werden. Ungewünschte Taps können mit dem Lautstärkeregler ausgeblendet werden. Die untenstehende Grafik verdeutlicht das Prinzip.

Das Multi Tap Delay ist eigentlich eher eine Abbildung der Basis Delay Einheit. Wenn alle Taps bis auf Eins ausgeblendet werden und dieses sich am Ende der Verzögerungsleitung befindet, so erhält man exakt das Prinzip der Basis Delay Einheit. Weiterhin kann man ein Multi Tap Gerät sehr einfach durch das Zusammenschalten mehrerer Basis Delay Effekte erreichen. Dies wird in der Praxis jedoch nicht durchgeführt, da es sehr schwierig ist, durch diese Methode ein stabiles System zu erhalten.

Wie der Name beim Ping Pong Delay bereits verrät, wird hier ein prellender Sound kreiert, der typischerweise zwischen dem rechten und linken Kanal eines Stereosystems wechselt. Der Ping Pong Effekt besteht aus zwei Verzögerungsleitungen, die jeweils von einem Einganssignal angesteuert werden. Beide Eingangskanäle können auch mit dem selben Signal versorgt werden. Die Rückkopplung findet nun nicht in der eigenen Verzögerungsleitung statt, sondern in der des anderen Eingangskanals. Diese Konfiguration erzeugt nun zwei Ausgangssignale, mit denen man beide Stereokanäle ansteuern kann.

Für die Realisierung des Delay können Magnetbandrecorder eingesetzt werden. Diese rein analoge Möglichkeit erzeugt die Verzögerung mit einem zweiten Tonkopf, der an dem Band an einer späteren Stelle die entsprechende Aufnahme wieder abspielt. Hier kann die Verzögerung entweder durch eine andere Tonkopfposition oder durch Veränderung der Bandgeschwindigkeit eingestellt werden. Um etwas Feedback zu erzeugen können Anteile der Signale vom abspielenden Tonkopf wieder zurück zum aufnehmenden Tonkopf gesendet werden. Multi Tap Delays können durch den Einsatz mehrerer abspielender Tonköpfe realisiert werden.

Es gibt einige interessante Eigenschaften der analogen Realisierung, die nur schwer mit der Digitaltechnik umzusetzen sind. Wenn die Verstärkung der Signalrückkopplung größer als Eins ist, dann wird die Aufnahme bzw. das Signal möglicherweise stärker als das Original. Der Amplitudenanstieg wird durch die Kapazität und Zusammensetzung des Magnetbandes limitiert. Ein solcher Klang wird sicherlich nicht immer gewünscht, aber durch Variationen der Verstärkung lassen sich interessante Klänge erzeugen. Denkbar ist ebenfalls eine Variation der Verzögerung durch eine automatische Verstellung der Tonköpfe während des Betriebes.

Digitalbasierte Delays konnten seit dem Preissturz von Speicher IC's kostengünstig entwickelt werden. Das Prinzip ist recht einfach. Während einer Sampleperiode wird ein zuvor abgespeicherter Signalwert aus einem bestimmten Speicherbereich ausgelesen und der aktuelle Signalwert am Eingang abgespeichert. Oft ist die Speicherstelle des aktuellen Schreibvorganges gleich die der zuletzt ausgelesenen. Das ist der Grund, warum zuerst gelesen und anschließend geschrieben wird. Wenn das Ende des Speicherbereiches erreicht wird, dann beginnt man erneut mit der ersten Speicherstelle. Diese Art der Speicherverwaltung nennt man Circular Buffer. Digitale Echos wie Boss DD3 oder analoge Echos wie MXR Analog Delay dienen als Beispiel.

Flanging ist ein sehr charakteristischer Sound, den viele als "vorbeifliegendes Flugzeug" bezeichnen. Flanging ist eine spezielle Art des Phase Shifting, ebenfalls ein sehr bekannter Effekt. Beim Flanging werden Gruppen von Frequenzlöchern bzw. -tälern im Audiospektrum erzeugt, die den gleichen Abstand zueinander haben. Beim Phase Shifting werden ebenfalls Frequenzlöcher erzeugt, die jedoch nicht den gleichen Abstand haben und durch Alpassfilter erzeugt werden.

Der Flanging Effekt wird durch das Mischen des Originalsignals mit einer leichten Verzögerung des gleichen Signals generiert. Der Betrag der Verzögerung wird dabei permanent variiert. Mit herkömmlichen Audiokomponenten ist dies relativ leicht zu realisieren und man nimmt an, daß der Effekt zufällig bei einem Experiment entdeckt wurde. Die heutigen, modernen Flanger beeinflussen den Klang durch den Betrag des zu verzögernden Signals, welches meist als "Tiefe" bezeichnet wird. Die Grafik zeigt die Struktur eines einfachen Flanger.
Wenn man sich diesen Effekt anhört, ist ein Delay aufgrund der nur sehr kurzen Verzögerung nicht erkennbar. Typische Werte für das Delay sind 1 bis 10 Millisekunden. Das menschliche Gehör nimmt Echos erst mit einer Verzögerung von 50 bis 70 Millisekunden war. Anstelle nun ein Echo zu erzeugen, wird der Filtereffekt der Verzögerung ausgenutzt, wodurch weitere Frequenzbänder generiert werden. Die Grafik zeigt im oberen Kurvenverlauf ein Signal mit geringer Verzögerung und im unteren Kurvenverlauf ein Signal mit größerer Verzögerung. Deutlich ist die Auslöschung von Signalen bestimmter Frequenz zu sehen, während andere Frequenzen lediglich Änderungen der Amplitude erfahren. Die in der Grafik zu erkennenden Frequenztäler werden durch destruktive Interferenzen hervorgerufen. Nach der Verzögerung eines Signals und der anschließenden Addition mit dem Originalsignal kann das resultierende Signal einen völlig anderen Kurvenverlauf annehmen. Ein Extrem kann die Auslöschung des Ausgangsignals sein, wenn eine Phasenverschiebung von 180 und gleiche Amplitudenhöhen eingestellt sind. Das andere Extrem ist eine einfache Verdopplung des Signals durch eine Phasenverschiebung von 0 bzw. 360 , wodurch die Beträge der Amplituden addiert werden.

Für alle Werte der Verzögerung gilt, daß bestimmte Frequenzen abgeschwächt oder sogar ausgelöscht werden, wogegen andere u. U. sogar verstärkt durchgelassen werden. Bei einem Flanger Effektgerät kann man die Tiefe der Frequenztäler einstellen. Die Grafik verdeutlicht das Feature "Depth Control". Der typische Klang eines Flangers entsteht erst dann, wenn die Frequenztäler permanent ansteigen und wieder abfallen bzw. wie in der Grafik verdeutlicht, rauf und runter wandern.
Parameter für den Flanger sind die bereits angesprochene Tiefe bzw. Depth, Delay, Sweep Depth, LFO Waveform, Feedback/Regeneration und Speed Rate. Bei der Einstellung der Depth wird die Größe der Frequenztäler beeinflusst. Bei den meisten Flanger ist diese Funktion nur in der Mischstufe und nicht in der Flanging Prozessorstufe einstellbar. Daher verwechseln manche die Funktion Depth mit dem Begriff Mix.

Der Delay Parameter ist die Verzögerung des kopierten Eingangssignals und liegt zwischen 1 und 10 Millisekunden. Bei einem Delay von Null sind keine Frequenztäler zu erkennen. Erhöht man die Verzögerung, so entstehen die ersten Täler. Bei manchen Effektgeräten kann die Delaytime nicht verändert werden. MXR Flanger oder EH Electric Mistress.

Der Parameter Sweep Depth bestimmt den Variationsbereich, in dem die Verzögerungszeit während des Betriebes sich automatisch verändert. Dies wird durch einen LFO (Low Frequency Oscillator) erreicht. Die Gesamtverzögerung ist die Addition der Grundverzögerung (Delay) und der Sweep Depth. Hierdurch wird in erster Linie bestimmt, wie tief das erste Frequenztal ist. Eine kleine Sweep Depth bewirkt kleine Variationen der Frequenztäler während hingegen eine große Sweep Depth größe Variationen zulässt. Abschließend sei noch vermerkt, daß eine Veränderung der Delay Parameter sowohl die obere als auch die untere Grenze des ersten Frequenztals beeinflusst, während eine Änderung der Sweep Depth nur die untere Grenze des Frequenztals beeinflusst. Daher sollte zuerst immer die Delaytime eingestellt werden, um die obere Grenze zu definieren, bevor man die Tiefe des Effektes einstellt.

Der Parameter LFO Waveform bestimmt den Kurvenverlauf des Oszillators. Hier kann der Bediener aus mehreren Kurvenverläufen auswählen. Die Signalform bestimmt die Variation der Verzögerung in der Flanger Prozessorstufe. Ein Dreieck Kurvenverlauf ist der am häufigsten Verwendete bei diesem Effekt.

Durch das Feature Feedback Regeneration bieten einige Flanger die Möglichkeit, das Ausgangssignal noch einmal auf den Eingang zurück zu koppeln. Weiterhin kann man auswählen, ob die Rückkopplung addiert oder subtrahiert werden soll. Eine hohe Rückkopplung kann einen sehr metallischen und intensiven Sound erzeugen. Wenn das Rückkopplungssignal den Verstärkungsfaktor 1 erreicht, kann das gesamte System instabil werden und möglicherweise übersteuern. Die komplexeren Flanger besitzen ein Rückkopplungszweig und den LFO über der Delay- Einheit.

Mit der Funktion Speed Rate wird die Geschwindigkeit der Widerholfrequenz des LFO Signals eingestellt oder als Äquivalent dazu, wie oft pro Sekunde die Frequenztäler Auf und Ab wandern. Die Geschwindigkeit beeinflusst ebenfalls die sog. "Pitch Modulation", d. h., der Flanger muss somit in kürzerer Zeit durch den gesamten Bereich (Sweep Depth) modulieren.

Für die Realisation eines Flanger Effektes gibt sowohl die analoge als auch die digitale Möglichkeit. Bei der analogen Lösung wird für das Delay am häufigsten eine Sample and Hold Schaltung eingesetzt, die einfach eine Momentaufnahme des Eingangssignals aufnimmt, bei nächster Triggerung die Information abgibt und erneut eine Signalaufnahme durchführt. Dieses Prinzip wird übrigens auch bei Analog / Digital Konverter angewendet. Die Sample and Hold Schaltung kann eine analoge Größe in eine Kapazität speichern. Durch einen entsprechenden Vorwiderstand kommt es hier natürlich zu einer zeitlichen Verzögerung, wodurch diese Art der Flangingmethode einer Geschwindigkeitsbegrenzung unterliegt. Die Abgabe der Information muss zum richtigen Zeitpunkt und möglicherweise auch kaskadiert erfolgen.

In der digitalen Welt werden Verzögerungen durch sog. Delay Lines (Verzögerungsleitungen) realisiert. Hier wird eine hohe Anzahl von Speicher benutzt, die permanent beschrieben oder gelesen werden. Die Implementierung einer sich kontinuierlich verändernden Verzögerungszeit ist äußerst interessant. Werden die Signalaufzeichnungen immer genau eine Sampling Rate später aufgenommen, und es existiert eine Verzögerungsleitung, dessen Verzögerungszeit kein ganzzahliges Vielfache der Sample Periode ist, können Knackgeräusche am Ausgang zu hören sein, Daten genau zu diesem Zeitpunkt gelesen werden. Diese Geräusche werden als die sog. "Zipper Noise" bezeichnet.
Durch die Interpolation können diese ungewollten Geräusche verhindert werden. Interpolation ist die einfache Schätzung eines Wertes zwischen zwei aufgenommenen Werten. Hat man zwei Punkte, so ist die einfachste Verbindung zwischen diesen beiden Punkten eine gerade Linie. Interpolation liest einfach einen Wert von dieser Linie. Obwohl lineare Interpolation recht einfach ist, können elektrische Verluste auftreten, die nur mit hohen Sampling Rates (Abtastraten) verhindert werden können. Ansonsten bleibt nur noch der Einsatz von teuren, computergesteuerten Interpolationsmethoden übrig. Ein Beispiel eines Flangers ist der MXR Flanger oder EH Electric Mistress.

Ein Chorus / ADT ist eigentlich eine Gruppe von Sängern. Der Chorus Effekt lässt den Eindruck entstehen, dass anstelle nur einem gleich mehrere Instrumente spielen. Der Effekt macht den ursprünglichen Klang "fetter" und wird manchmal auch als "Lush" oder "Rich" bezeichnet.

Der Algorithmus hinter dem Chorus Effekt ist weder spektakulär noch mysteriös. Was passiert, wenn zwei Musiker, z. B. zwei Geiger, zusammen spielen ? Die beiden Künstler spielen natürlich niemals in perfekter Synchronisation zusammen, somit entsteht eine kleine Verzögerung zwischen den einzelnen Klängen. Die Verzögerungszeit variiert natürlich zwischen den beiden Spielern und genau das ist der Chorus Effekt.

Diese kleine Verzögerung von ca. 20-30ms kann recht einfach mit einer Verzögerungsleitung bzw. Spirale erreicht werden. Eine variable Änderung der Verzögerung kann durch eine Längenänderung der Spirale erzielt werden. Um nun die Änderung der Verzögerung besser verstehen zu können, kann man sich auch einen Kassettenrecorder vorstellen, der eine exakte Kopie des Eingangssignals aufnimmt und zu einem späteren Zeitpunkt wieder mit gleicher Geschwindigkeit abspielt. Die Verzögerungszeit kann erhöht werden, indem ein ein längeres Segment des Eingangssignals gespeichert bevor es erneut abgespielt wird. Um dies umzusetzen, können die gespeicherten Informationen mit einer geringeren Geschwindigkeit aus der Verzögerungsleitung ausgelesen werden als sie hineingeschrieben worden sind, wohl gemerkt, die Aufnahmegeschwindigkeit bleibt unverändert. Umgekehrt kann die Verzögerungszeit natürlich auch verringert werden, wenn die Auslesegeschwindigkeit höher ist als die Aufnahmegeschwindigkeit. Dieses Zeitverhalten wird auch als "Munchkin Effekt" bezeichnet. Der Chorus Effekt entsteht nun durch das Mischen des verzögerten und stufenmodulierten Signals mit dem Eingangssignal. Die Grafik ist von der Beschreibung des Flanger Effektes bereits bekannt. Der Unterschied ist hier die größere Verzögerungszeit von 20-30ms im Vergleich zum Flanger, wo diese Zeit zwischen 1-10ms liegt. Dadurch entsteht auch nicht der flangertypische Sweepingsound. Außerdem arbeitet der Chorus ohne Rückkopplung auf den Eingang.

Ebenfalls wie bei dem Flanger wird die Variation der Verzögerungszeit ebenfalls durch einen LFO (Low Frequency Oscillator) durchgeführt. Als Referenzsignal kommt meist ein Sinussignal mit einer Frequenz von 3Hz und weniger zum Einsatz. Der Chorussound lässt sich durch Veränderung der Amplitude, der Frequenz und der Signalform des Referenzsignals einstellen. Eine andere Methode die Verzögerungszeit zu variieren wäre der Einsatz eines Zufallsgenerators. Bei dem Zusammenspiel mehrerer Musiker ändert sich auch die Lautstärke individuell, womit man ebenfalls die Amplitude des verzögerten Signals beeinflussen könnte. All dies kann ein zusätzlicher LFO übernehmen.

Bei dem Chorus Effekt können selbstverständlich auch einige Parameter justiert werden, wie z. B. Delay, Sweep Depth, LFO Waveform und Speed Rate. Diese Parameter werden bereits in dem Kapitel über den Flanger Effekt beschrieben und können dort nachgelesen werden. Eine Erläuterung des letzten Chorus Parameters "Number of Voices" geschieht hier. Bei "Number of Voices" (Anzahl der Stimmen) handelt es sich um mehrere Kopien des Einganssignals. Bisher haben wir immer nur von einer einzigen Rückführung des modulierten Signals auf den Eingang gesprochen, doch was spricht dagegen, dies mehrmals zu tun ? Einige Effektgeräte bieten diese Möglichkeit. Der Sound wird dadurch extrem "Fett". Ein "Multi Voice Chorus" benutzt für alle Stimmen eine einzige LFO. Jede Stimme hat jedoch eine eigene Phase bzw. eigenen Phasendurchgang und somit eine eigene Signalverzögerung. Befinden sich alle Stimmen in der selben Phase, so hätten wir erneut einen "Single Voive Chorus", jedoch mit einer erhöhten Amplitude. Abgesehen davon ist es natürlich möglich, einen Chorus zu entwickeln, der für jede Stimme einen eigenen LFO besitzt.

Für die Realisierung des Chorus Effektes kommen in der Analogwelt aufgrund der kurzen Verzögerungszeit keine Magnetbänder in Frage. "Sample and Hold" oder "Bucket Brigade" Schaltungen werden stattdessen eingesetzt. Diese Schaltungen sind in der Lage, für einen kurzen Augenblick einen Spannungswert aufzunehmen. Schaltet man mehrere Module in Reihe zusammen, können größere Signalsequenzen aufgezeichnet und mit entsprechenden Verzögerungszeiten versehen werden.

Bei der digitalen Umsetzung werden Speicherbänke verwendet, die zyklisch beschrieben und wieder ausgelesen werden. Eine Variation der Verzögerungszeit ist dennoch etwas aufwendiger. Die Verzögerungszeit darf letztendlich kein ganzzahliges Vielfache der Aufnahmezeit (Sampling Rate) sein. Außerdem müssen oft Werte zwischen den einzelnen Aufnahmepunkten geschätzt werden, um das Originalsignal wieder herstellen zu können. Diesen Vorgang nennt man Interpolation. Da die Umsetzung des Chorus Effekts ähnlich ist wie beim Flanger, können interessierte Leser dort weitere Erläuterungen nachlesen.

Zuletzt möchte ich noch ein paar Worte zum Stereo Chorus verlieren. Dieser ist aus zwei Standard (Mono) Chorus aufgebaut. Die LFO's sind zueinander um 90 phasenverschoben bzw. um ein viertel der Wellenlänge versetzt. Dies Technologie erzeugt ein weitflächigeren Sound, da jeder Klang zu einem anderen Zeitpunkt das menschliche Ohr erreicht. Mit einem "Multi Voive Chorus" kann mit entsprechenden Delays der einzelnen Stimmen zueinander ein stereoähnlicher Sound generiert werden. Der Boss Chorus Assemble CE-1 oder MXR Stereo Chorus dienen als Beispiel.

Beim Slapback Echo handelt es sich um den bereits vorher angesprochenen einfachen Delay Effekt ohne Rückführung. Ein Delay wird als Slapback Delay bezeichnet, wenn die Verzögerung sehr kurz ist, z. B. zwischen 40 und 120 Millisekunden. Eine größere Verzögerung wird häufiger als Echo und nicht als Slapback bezeichnet. Als Beispiel dient das EH Full Double Tracking.

5. Andere verschiedene Effekte

Der Effekt Octave Division teilt die Basisfrequenz des Eingangssignals durch zwei (eine Oktave niedriger) und führt dieses Signal dem Original wieder zu. Die Frequenzteilung wird meist durch digitale Flip Flops durchgeführt, so daß Rechtecksignale entstehen die wie ein "Fuzz Bass" klingen. Um die scharfen Kanten etwas abzurunden werden entsprechende Filter eingesetzt. Außerdem wird empfohlen, jeweils immer nur eine Note zu spielen, da bei mehreren Eingangsfrequenzen ein "Misch Masch" an Sound entsteht. Als Beispiel dienen der Maestro OB-1, Electro Harmonix Octave Multiplexor und der MXR Blue Box.

Harmony Generation ist die Erzeugung zusätzlicher harmonischer Noten zu dem Basissignal. Diese werden in bestimmten Intervallen generiert. Der klassische Weg um diesen Effekt zu realisieren ist die Verwendung des Eventide Harmonizer. Sehr Schwierig und kostspielig ist die elektronische Herstellung. Der Boss Pedal Harmonizer erzeugt die dritte, fünfte, siebte, etc. Harmonische durch verschiedene Berechnungsalgorithmen, ist jedoch sehr teuer.

Phase Lock Tracking erzeugt aus der Frequenz des Eingangssignals ganzzahlige Vielfache oder Bruchteile und koppelt dieses neue Signal zurück auf das Ursprungssignal. Daraus entsteht ein Ton der Deiner Note folgt, etwa wie ein Schatten. Computerähnliche Sounds können somit erzeugt werden. Die Ausgangssignale sind meist gefilterte Rechtecksignale und klingen synthesizerähnlich.

Durch Noise Addition wird ein hauch-, wind- bzw. sturmartiger Klang erzeugt. Tiefpaßfilter und entsprechende Rückkopplung auf das Einganssignal ermöglichen die Realisierung.

Die Talk Box benutzt den Resonanzkörper der Mundhöhle um das Originalsignal zu verfälschen. Ein kleines Röhrchen im Mund überträgt die Schalwellen und nimmt sie über ein Mikro wieder auf. Ziemlich coole "squeeze" Sounds sind damit möglich. Die Talk Boxen von Heil oder Electro Harmonix sind gute Beispiele.

Voice Tracking (Vocoder), siehe Ringmodulation. Beispiel: Roland Vocoder.

Mit Hilfe der Ring Modulation DSBSC (Double Side Band Carrier Generation) können ungewöhnliche Sounds mit dem Ausgangssignal eines Instrumentes erzeugt werden. Ein Ringmodulator erhält normalerweise zwei Eingangssignale und generiert daraus ein Signal, welches die Summe und die Differenz der beiden Einzelfrequenzen enthält. Die resultierenden Frequenzen sind in den meisten Fällen nicht die harmonische Oberwellen der Grundfrequenzen, wodurch sehr eigenartige Sounds entstehen können. Das ist wohl auch der Grund, warum Ring Modulatoren nicht sehr weit verbreitet sind.

Modulation bedeutet bestimmte Eigenschaften eines Signals zu verändern, wie z. B. Amplitude, Frequenz oder Phase. Ein Ring Modulator verwendet die Amplitudenmodulation oder auch "Supressed Carrier Modulation" genannt, welche bereits durch die einfache Multiplikation zweier Signale vorliegt. Die Multiplikation liefert ein Signal, dessen Frequenzen völlig verschieden sind von denen der beiden Originalsignale. Genauer gesagt, die Multiplikation erzeugt durch die Addition der Eingangsfrequenzen das obere Frequenzseitenband und durch die Subtraktion der Eingangsfrequenzen das untere Frequenzseitenband des neuen Signals. Diese Frequenzen sind keine Harmonischen und die neuen Informationen haben keine Relation zu den Eingangssignalen. Demzufolge ist der Klang sehr misstönend und rau, oft vergleichbar mit dem eines Gongs, da hier sehr starke, nicht harmonische Komponenten enthalten sind.

In der nebenstehenden Grafik ist ein 400Hz Signal, ein 600Hz Signal und das Produkt, also die Multiplikation der beiden Eingangssignale zu sehen. Wenn man diesen Kurvenverlauf genauer analysiert, so sieht man sowohl ein 1000Hz Signal als auch ein 200Hz Signal. Die 200Hz Komponente verleiht dem Signalverlauf in der Grafik einen kleinen Bogen.
Die meisten im Handel erhältlichen Ring Modulatoren besitzen nur einen Anschluß für das Eingangssignal. Das zweite "Eingangssignal" wird durch einen internen Oszillator erzeugt dessen Frequenz nicht am Ausgang erscheint und als Trägerfrequenz operiert (daher "Surpressed Carrier"). Diese Trägerfrequenz läßt sich manuell verstellen. Trotzdem gibt es keinen Grund, warum nicht beide Eingangssignale von Instrumenten stammen könnten.
Ein Ton von einem Instrument besteht bekanntermaßen nicht nur aus einer, sondern aus mehreren Frequenzen. Da bei der Ring Modulation von jeder Frequenz immer die Summe und die Differenz entsteht, sollte jedem klar sein, das unter Umständen eine große Anzahl von Signalen bzw. Frequenzen präsent sein können. Als Resultat können sehr komplexe Sounds entstehen. Der Ausgangssignal eines Ring Modulators allein ist sicherlich in den meisten Fällen nicht zu gebrauchen. Mischt man es jedoch wieder dem Originalsignal bei, können sehr interessante Klänge generiert werden.

Die Umsetzung eines Ringmodulators kann sowohl analog als auch digital erfolgen. Amplitudenmodulation ist in der Analogwelt nicht immer ganz einfach. Eine mögliche Lösung ist ein Ring bestehend aus vier Dioden (daher die Bezeichnung "Ring") und ein Transformatorpaar. Diese Anordnung wird auch als "Lattice Type Modulator" bezeichnet. Alternativ dazu erhält man als integrierten Schaltkreis den sog. "Vier Quadrant Multiplizierer".
Die digitale Lösung ist mit Analog/Digitalwandler und Digital/Analogwandler aufgebaut. Bei jedem Samplingvorgang werden die beiden momentanen Werte miteinander multipliziert. Das ist recht einfach. Zu beachten gilt hier jedoch, daß am Ausgang möglicherweise eine sehr hohe Frequenz entstehen kann. Die maximale Frequenz ist immer die Addition der maximal möglichen Eingangsfrequenzen. Um mögliche Störungen zu vermeiden, sollte dies bei der Schaltkreisentwicklung immer berücksichtigt werden.

Bei der Ring Modulation SSBSC (Single Side Band Carrier Generation) wird entweder nur die Addition oder nur die Differenz (nach o. a. Beschreibung) dem Basissignal zugeführt. Dadurch entstehen nicht zwei sondern lediglich ein Frequenzseitenband.


6. Kombinationen der o. a. Effekte

Leslie ist eine Kombination von gefilterten Vibrato- Tremolo- und Rotating Speaker Effekt. Korg und Multivox haben dieses Feature teilweise implementiert.

Aphex ist eine gefilterte Auswahl von verzerrten Frequenzbändern.

Enhancers teilt das Eingangsignal in unterschiedliche Frequenzbereiche, verzerrt einen Teil davon und mischt alles wieder zusammen.


Letztendlich bleibt mir nur noch anzumerken, daß viel Erfahrung, Wissen und Experimentierfreudigkeit zu einem befriedigenden Ergebnis führen wird. Wer hohe Ansprüche an Klangqualität, Bedienerfreundlichkeit und Anzahl von Effekten hat, wird nicht um die Programmierung von DSP's herumkommen. Wer mehr über Effekte erfahren möchte, sollte die folgenden Buchempfehlungen prüfen:

1. Dodge, Charles und Thomas A. Jerse. Computer Music: Synthesis, Composition, and Performance. New York: Schirmer Bücher, 1984. (ISBN 0028646827)

2. Smith, Julius O. "An Allpass Approach to Digital Phasing and Flanging," herausgegeben 1982 von International Computer Music Conference.

3. Wells, Thomas und Eric S. Vogel. "The Technique of Electronic Music", Austin: Sterling Swift Publishing Company, 1974. (ISBN 0028728300)

4. Orfanidis, Sophocles. "Introduction to Signal Processing". New Jersy, Prentice Hall. 1996. (ISBN 0132091720)




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