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Die Hüllkurve (englisch Envelope, abgekürzt Env) ist neben dem LFO eine der wichtigsten Modulationsquellen in Synthesizern und anderen elektronischen Klangerzeugern. Im Gegensatz zum LFO wird sie nur einmal durchlaufen, dafür kann sie in ihrer Form meist mittels mehrerer Parameter beeinflußt werden.

FunktionsprinzipBearbeiten

Eine Hüllkurve fährt, nachdem sie gestartet wurde, bei null beginnend einen oder meist mehrere einstellbare Werte in einstellbaren Zeitintervallen ab. Den letzten Wert hält sie in den meisten Fällen, bis sie wieder gestoppt wird und auf null zurückfällt. Somit durchläuft sie diesen Zyklus grundsätzlich nur einmal pro gespielter Note.

Sie wird verwendet, um einen oder mehrere Parameter der Klangerzeugung zeitgesteuert zu beeinflussen. Dabei ersetzt sie dessen Wert nicht gänzlich mit dem ihren, sondern ihr Wert wird zu dem des zu steuernden Parameters addiert. Die Ausnahme bildet hier die Verstärkerhüllkurve: Diese regelt den Ausgang des Verstärkers immer zwischen null und dem eingestellten Höchstwert.

Ansteuerung von HüllkurvenBearbeiten

Eine Hüllkurve braucht grundsätzlich zwei Signale: Das erste Signal, für gewöhnlich das Drücken einer Taste, also der Beginn einer Note (Note On), startet sie. Das andere, für gewöhnlich das Loslassen der Taste, also das Ende einer Note (Note Off), leitet die Release-Phase, die meistens letzte Phase der Hüllkurve, ein und läßt die Hüllkurve auslaufen.

In seltenen Fällen, etwa bei entsprechend ausgestatteten Modularsynthesizern, kann die Hüllkurve unabhängig von Noten händisch angesteuert werden, etwa über einen eigenen Taster.

Manche Synthesizer bieten die Möglichkeit, Hüllkurven zu loopen, also wiederholt zyklisch durchlaufen zu lassen, um sie in der Art eines LFO zu verwenden. Die Zeit vom Anfang der Hüllkurve bis zum Ablauf der Release-Phase (diese läuft immer erst komplett aus, bis der nächste Durchlauf beginnt) ist dabei separat regelbar.

Hüllkurven und StimmenBearbeiten

Polyphone Klangerzeuger haben im allgemeinen jede Hüllkurve pro Stimme einmal im Gegensatz zu LFOs, die stimmübergreifend sinnvoller einzusetzen sind und folglich jeweils nur einmal (bei multitimbralen Klangerzeugern einmal pro Klang, also pro Part) vorhanden sind. Ausnahmen sind paraphonische Klangerzeuger, die nur Oszillatoren einmal pro Stimme und alles andere nur einmal im ganzen Gerät haben; weil diese Maßnahme zumeist aus Kostengründen gewählt wurde, haben sie häufig auch nur eine einzige Hüllkurve für alles. Eine Zwischenstufe sind polyphone Synthesizer, die pro Stimme mit einem eigenen Filter ausgestattet sind, aber nur eine gemeinsame Filterhüllkurve für all diese Filter haben.

Verhalten monophoner HüllkurvenBearbeiten

Bei monophonen Synthesizern oder monophonen Klängen in polyphonen Synthesizern verdient das Verhalten der Hüllkurve bei Legatospiel oder bei schnell aufeinander folgenden Noten besondere Beachtung. In diesen Fällen ist eine Hüllkurve mitunter noch nicht vollständig durchlaufen, bevor sie neu gestartet wird. Analogsynthesizer lassen eine Hüllkurve in diesem Fall beim Auslösen einer neuen Note meistens auf dem Wert beginnen, den sie in der Release-Phase der vorhergehenden Note noch hatte. Bei Digitalsynthesizern ist es technisch einfacher, sie wieder auf null zurückzusetzen und da beginnen zu lassen. Virtuell-analoge Synthesizer sind teilweise im Verhalten umschaltbar, emulieren aber eher das Verhalten eines Analogsynthesizers.

Bei Digitalsynthesizern, also auch virtuell-analogen Synthesizern, kann fürs Legatospiel außerdem häufig zwischen zwei Verhaltensweisen beim Anschlagen einer neuen Note gewählt werden: Entweder die Hüllkurve wird tatsächlich mit jeder neuen Note neu ausgelöst und dafür jedes Mal ohne vorherige Release-Phase wieder bei null gestartet, oder sie wird nur mit der ersten Note gestartet und hält mit jeder neuen legato gespielten Note die Sustainphase.

Feste Einsatzgebiete von HüllkurvenBearbeiten

Bei Synthesizern mit hinreichend variablen Modulationsmöglichkeiten kann sehr viel von Hüllkurven gesteuert werden. Häufig gibt es zwei Hüllkurven, denen eine Funktion primär vorgegeben ist, die Verstärkerhüllkurve und die Filterhüllkurve. Modularsynthesizer beispielsweise haben wiederum meist prinzipbedingt keine Hüllkurven mit fest zugewiesenen Zielen.

VerstärkerhüllkurveBearbeiten

Die Verstärkerhüllkurve (Amp Envelope) steuert die Lautstärke des Klanges über den Verstärker. Sie hat keine regelbare Modulationsintensität; der Minimalwert ist immer null, der Maximalwert entspricht der am Verstärker selbst vorgegebenen Gesamtlautstärke.

Bei einfacheren Synthesizern mit nur einer Hüllkurve hat diese primär die Funktion einer Verstärkerhüllkurve, kann aber auch andere Ziele modulieren. Teilweise gibt es einen Schalter, mit dem diese Hüllkurve von der Steuerung des Verstärkers abgekoppelt wird, der dann während der Notendauer eine konstante Lautstärke hält und nach Notenende sofort wieder still wird (Orgelhüllkurve).

Bei der Additiven Synthese sowie bei der FM-Synthese und artverwandten Klangsynthesen gibt es pro Oszillator einen eigenen Verstärker nebst Hüllkurve.

FilterhüllkurveBearbeiten

Die Filterhüllkurve (Filter Envelope) steuert die Cutoff-Frequenz des Filters. Da dies nicht zwingend für einen Klang notwendig ist, erst recht nicht immer mit positivem Maximalausschlag, ist ihre Modulationsintensität meistens bipolar regelbar, so daß die Filterhüllkurve auch überhaupt keinen Einfluß aufs Filter haben kann oder bei negativer Intensität die Cutoff-Frequenz mit steigender Hüllkurve sinken kann.

Auch die Filterhüllkurve kann häufig auch andere Parameter modulieren. Dies bietet sich besonders für die Filterhüllkurve an, weil deren Einfluß aufs Filter komplett auf null geregelt werden kann, also beim Ansteuern anderer Parameter das Filter sich nicht zwingend mitbewegt.

OszillatorhüllkurveBearbeiten

Die Oszillatorhüllkurve (Oscillator Envelope) oder Tonhöhenhüllkurve (Pitch Envelope) steuert die Oszillatorfrequenz und somit die Tonhöhe. Sie ist vornehmlich bei Romplern anzutreffen, analoge und virtuell-analoge Synthesizer haben diese in den meisten Fällen nicht und verwenden für Tonhöhenmodulationen eine andere, nicht fest an die Oszillatoren gebundene Hüllkurve.

Envelope AmountBearbeiten

Envelope Amount (kurz Env Amt) ist die gängigste Bezeichnung für die Intensität, mit der eine Hüllkurve ein ihr fest zugewiesenes Ziel moduliert. Am häufigsten ist dieser Parameter bei Filterhüllkurven zu finden, aber auch Oszillatorhüllkurven benötigen ihn. Reine Verstärkerhüllkurven haben ihn nicht, außer wenn sie von vornherein auch fest auf andere Ziele geschaltet sind, etwa bei Synthesizern, die nur eine Hüllkurve haben, die somit nicht nur für den Verstärker, sondern regelbar auch z. B. fürs Filter zuständig ist.

Der Envelope Amount ist meist bipolar, kann also ins Negative geregelt werden. Die Hüllkurve verändert dann ihr Modulationsziel nach unten statt nach oben.

HüllkurvenformenBearbeiten

Hüllkurven gibt es in verschiedenen Formen mit verschiedenen zur Verfügung stehenden Parametern. Als Standard hat sich ADSR etabliert, und die meisten anderen Hüllkurvenformen können darauf zurückgeführt werden.

ADSRBearbeiten

ADSR (Attack, Decay, Sustain, Release) ist die am häufigsten verwendete Hüllkurvenform; bei einigen Klangerzeugern ist „ADSR“ synonym für „Hüllkurve“. Nachdem sie gestartet wurde, steigt sie von null auf einen Maximalwert an, fällt dann entweder auf einen voreingestellten niedrigeren Wert zurück oder überhaupt nicht, und am Ende sinkt sie wieder auf null. Wie die meisten anderen Hüllkurvenformen ist sie insbesondere in der Subtraktiven Synthese anzutreffen. Ihre Parameter sind:

AttackBearbeiten

Die Zeit, die die Hüllkurve ab Note On von null bis zum Erreichen des Maximalwertes benötigt.

DecayBearbeiten

Die Zeit, die die Hüllkurve unmittelbar nach Erreichen des Maximalwertes bis zum Erreichen des Sustain-Wertes benötigt.

SustainBearbeiten

Der Wert, den die Hüllkurve am Ende der Decay-Phase annimmt und bis zum Note Off beibehält. Sein Minimum ist null, sein Maximum bewirkt, daß es keine Decay-Phase gibt und der Maximalwert gehalten wird.

ReleaseBearbeiten

Die Zeit, die die Hüllkurve ab Note Off vom Sustain-Wert bis zurück auf null benötigt.

Einfachere HüllkurvenBearbeiten

OrgelhüllkurveBearbeiten

Die Orgelhüllkurve ist die einfachste Hüllkurvenform und als einzige nicht regelbar; sie entspricht dem völligen Fehlen einer Hüllkurve. Bei Note On springt sie sofort aufs Maximum und hält dies konstant, bei Note Off springt er zurück auf null. Sie heißt so, weil sie als Verstärkerhüllkurve das Verhalten von Orgeln widerspiegelt.

Analogsynthesizer mit nur einer Hüllkurve haben häufig einen Schalter in der Verstärkersektion, mit dem die Hüllkurve vom Verstärker abgekoppelt wird, so daß sie andere Elemente, z. B. das Filter, unabhängig vom Verstärker modulieren kann. Dies erzeugt beim Verstärker ein der Orgelhüllkurve entsprechendes Verhalten: Solange die Taste gedrückt ist, erklingt der Synthesizer mit voller Lautstärke, und sobald sie losgelassen wird, verstummt er. Die Funktion wird beispielsweise als Gate bezeichnet.

Perkussive HüllkurveBearbeiten

Die perkussive Hüllkurve besitzt nur einen Decay-Parameter und reagiert nicht auf Note Off. Bei Note On springt auch sie sofort aufs Maximum, sinkt dann aber innerhalb der Decay-Zeit wieder auf null. Sie kommt besonders zum Einsatz als Verstärkerhüllkurve bei Schlagzeug- und Percussion-Klängen, auch bei tonal gespielter Percussion. Für das Nachahmen geschlagener oder gezupfter Saiteninstrumente bzw. derer elektrischer Pendants ist sie weniger geeignet, weil sie als Verstärkerhüllkurve das Stoppen des Klanges durch Abdämpfen nicht simulieren kann.

Bearbeiten

AD (Attack, Decay) ist gegenüber der perkussiven Hüllkurve um den Attack-Wert erweitert, der das allmähliche Ansteigen ermöglicht. Sie ignoriert ebenfalls Note Off.

Mit einer ADSR-Hüllkurve kann sie emuliert werden, indem Sustain auf null gestellt wird und Decay und Release denselben Wert annehmen.

Vorkommen:

ARBearbeiten

AR (Attack, Release) verhält sich ähnlich wie eine Orgelhüllkurve, steigt aber am Anfang langsam an (Attack) und klingt am Ende langsam aus (Release).

Sie entspricht einer ADSR-Hüllkurve, deren Sustain-Wert auf Maximum steht.

Vorkommen:

ADRBearbeiten

ADR (Attack, Decay, Release) ist im Prinzip eine AD-Hüllkurve, die aber auch auf Note Off reagiert und eine separate Releasephase hat, die zum Einsatz kommt, wenn Note Off in die Decay-Phase fällt.

Sie entspricht einer ADSR-Hüllkurve, deren Sustain-Wert auf null steht.

Zumindest beim Clavia Nord Lead A1, der ebenfalls ADR-Hüllkurven besitzt, bewirkt der auf Maximum gestellte Decay-Regler, daß Sustain auf Maximum geschaltet wird. Es gibt aber keine Möglichkeit, Sustain zwischen null und Maximum zu regeln.

ADSBearbeiten

ADS (Attack, Decay, Sustain) ist eine vereinfachte ADSR-Hüllkurve, deren Release-Regler eingespart wurde. Die Release-Phase fehlt aber nicht komplett; sie hat dann dieselbe Fallrate wie die Decay-Phase. Als Verstärkerhüllkurve kann sie in der Release-Phase umgeschaltet werden auf eine nicht regelbare kurze Release-Zeit.

Vorkommen:

Zusätzliche ParameterBearbeiten

DelayBearbeiten

Delay ist eine regelbare Verzögerung zwischen Note On und dem Beginn der Attack-Phase. Es wird folglich vor Attack eingereiht.

Beispiel: DADSR

HoldBearbeiten

Hold gibt es in zwei Varianten:

Die eine hält nach der Attack-Phase die Hüllkurve für eine einstellbare Zeit auf Maximum, statt sie sofort in die Decay-Phase übergehen zu lassen. Sie wird zwischen Attack und Decay eingereiht.

Beispiel: AHDSR, AHDSFR

Die andere hält die Sustain-Phase und wird nach Sustain eingereiht. Wenn diese zum Einsatz kommt, bleibt die Sustain-Phase nur während der Hold-Zeit konstant und fällt nach deren Ablauf mit derselben Fallrate wie die Release-Phase auf null.

Beispiel: ADSHR

Manchmal wird Hold auch stellvertretend fürs Delay verwendet. Die Funktion ist dieselbe.

Beispiel: HADSR

Fade, Slope, TimeBearbeiten

Fade, Slope oder Time gibt der Sustain-Phase die Möglichkeit, sich zu verändern, statt konstant zu bleiben. Es gibt dabei zwei Ausführungen:

Wenn der Parameter unipolar ist, also nur positive Werte annehmen kann, bewirkt null nach der Decay-Phase einen sofortigen oder zumindest sehr schnellen Sprung der Hüllkurve auf null und der Maximalwert eine klassische konstante Sustain-Phase.

Bei einigen Synthesizer, beispielsweise bei den diversen Access-Virus-Modellen, die die Bezeichnung „Time“ verwenden, ist dieser Parameter bipolar, kann also negative und positive Werte annehmen. Negative Werte lassen die Hüllkurve bis auf null absinken, null hält sie konstant, und positive Werte lassen sie bis zum Maximum wieder ansteigen.

Meistens wird dieser Parameter nach dem dazugehörigen Sustain-Level eingereiht.

Beispiele: ADSFR, ADSSR, ADSTR, AHDSFR

Zweite Decay- und Sustain-PhaseBearbeiten

Einige Hüllkurven haben je eine zusätzliche Decay- und Sustain-Phase. Um dafür zu sorgen, daß die zweite Decay-Phase überhaupt gestartet wird, hat die erste Sustain-Phase zwei Parameter, die im Namen der Hüllkurve nicht gesondert genannt werden. Der eine regelt wie gehabt den Sustain-Wert, der andere die Zeit, die die Sustain-Phase gehalten wird, bis die zweite Decay-Phase startet.

Dabei kann die zweite Sustain-Phase durchaus höher sein als die erste. Dies bewirkt, daß die Hüllkurve in der zweiten Decay-Phase wieder ansteigt.

Beispiele: ADSDSR

Komplexere HüllkurvenBearbeiten

DADSRBearbeiten

DADSR (Delay, Attack, Decay, Sustain, Release) besitzt gegenüber ADSR den Delay-Parameter.

Vorkommen:

HADSRBearbeiten

HADSR (Hold, Attack, Decay, Sustain, Release) ist dasselbe wie DADSR, nur daß das Delay als Hold bezeichnet ist.

Vorkommen:

DARBearbeiten

DAR (Delay, Attack, Release) besitzt gegenüber AR den Delay-Parameter.

Vorkommen:

AHDSRBearbeiten

AHDSR (Attack, Hold, Decay, Sustain, Release) besitzt gegenüber ADSR den Hold-Parameter zwischen Attack und Decay.

Vorkommen:

DAHDSRBearbeiten

DAHDSR (Delay, Attack, Hold, Decay, Sustain, Release) besitzt gegenüber ADSR sowohl den Delay- als auch den Hold-Parameter.

Vorkommen:

ADSFR, ADSSR, ADSTRBearbeiten

ADSFR (Attack, Decay, Sustain, Fade, Release), ADSSR (Attack, Decay, Sustain, Slope, Release) oder ADSTR (Attack, Decay, Sustain, Time, Release) besitzt gegenüber ADSTR den Fade-, Slope- oder Time-Parameter.

Vorkommen:

AHDSFRBearbeiten

AHDSFR (Attack, Hold, Decay, Sustain, Fade, Release) besitzt gegenüber ADSR sowohl den Hold-Parameter als auch den Fade-Parameter.

Vorkommen:

ADSHRBearbeiten

ADSHR (Attack, Decay, Sustain, Hold, Release) setzt den Hold-Parameter an die Sustain-Phase.

Vorkommen:

IL/AL/ADRBearbeiten

IL/AL/ADR (Initial Level, Attack Level, Attack, Decay, Release) ist die Filterhüllkurve von Yamahas Analogsynthesizern. Im Gegensatz zu ADSR sind nicht Anfang und Ende null, sondern die Sustain-Phase. Außerdem ist sie von vornherein bipolar – die erreichbaren Werte können positiv oder negativ sein, und zwar voneinander unabhängig.

Der Start- und Endwert ist nun der frei regelbare Initial Level. Ebenso frei regelbar ist der Wert, der am Ende der Attack-Zeit erreicht wird, der Attack Level. Zur Emulation einer ADSR-Hüllkurve wird ein negativer Initial Level und ein positiver Attack Level gewählt.

Innerhalb der Decay-Zeit erreicht die Hüllkurve null, am Ende der Release-Zeit wieder den Initial Level.

Während diese Hüllkurvenform als Verstärkerhüllkurve sinnlos wäre (Yamahas Analogsynthesizer haben konventionelle ADSR-Verstärkerhüllkurven), hat sie beim Modulieren des Filters Vorteile gegenüber der ADSR-Hüllkurve. Bei dieser wird die eigentlich eingestellte Cutoff-Frequenz nur am Anfang und am Ende angenommen, also zu Zeiten, zu denen bei entsprechendem Einsatz der Verstärkerhüllkurve der Klang überhaupt nicht hörbar ist. Die Cutoff-Frequenz, die während der andauernden Sustain-Phase anliegt, muß wiederum mit drei Parametern eingestellt werden, mit Cutoff selbst, Sustain und dem Envelope Amount. Die IL/AL/ADR-Hüllkurve eliminiert diese Probleme. Bei ihr liegt in der Sustain-Phase genau die am Filter selbst eingestellte Cutoff-Frequenz an, und der Ausschlag am Anfang und Ende sowie der nach der Attack-Phase können jeweils separat geregelt werden.

Vorkommen:

ADSDSRBearbeiten

ADSDSR (Attack, Decay, Sustain, Decay, Sustain, Release) besitzt gegenüber ADSR jeweils eine zweite Decay- und Sustain-Phase.

Vorkommen:

MultistageBearbeiten

Multistage-Hüllkurven sind keine einheitliche Hüllkurvenform. Je nach Hersteller oder gar Modell sind sie unterschiedlich ausgestattet. Sie alle haben gemeinsam, daß ihre jeweiligen Phasen keine Namen tragen. Jede dieser Phasen hat jeweils eine einstellbare Zeit und einen Wert, der am Ende dieser Zeit erreicht wird. Eine der Phasen ist immer die letzte vor Note Off, ihr Wert wird folglich bis Note Off konstant gehalten. Noch auffälliger sind die Unterschiede nach Note Off: Einige Multistage-Hüllkurven haben nur eine Release-Phase mit einer Zeit, innerhalb dieser sie wieder auf null laufen. Andere haben mehrere Release-Phasen, von denen nur die letzte auf null läuft und somit keinen regelbaren Zielwert hat und die anderen alle wie die Phasen vor Note Off funktionieren, also innerhalb einstellbarer Zeiten einstellbare Werte annehmen.

Aufgrund ihrer komplexen Form und ihres Parameterumfangs kommen Multistage-Hüllkurven nur in digitalen Klangerzeugern vor, die über ein geeignetes Display verfügen. Rompler mit grafikfähigem Display bieten eine maßstäbliche grafische Vorschau der Hüllkurvenform.

LFO als HüllkurveBearbeiten

Einige Synthesizer, besonders virtuell-analoge, bieten die Möglichkeit, LFOs in einen One-Shot-Modus zu schalten, so daß ihre Wellenform nur einmal durchlaufen wird und immer bei Note On startet. Je nach Wellenform des LFO kann das verschiedene Effekte haben: Ein steigender Sägezahn wirkt wie eine Hüllkurve, die nach der Attack-Phase sofort wieder auf null springt, ein fallender wie eine perkussive Hüllkurve, die nur eine Decay-Phase hat. Dreieck wirkt wie eine AD-Hüllkurve, bei der Attack und Decay gleich eingestellt sind. Rechteck- und Pulswelle wirken wie eine Multistage-Hüllkurve, die sofort aufs Maximum und nach Ablauf einer gewissen Zeit zurück auf null springt; genau wie Rauschen sind sie eher für sehr kurze Impulse geeignet. Vielfältiger sind die Einsatzmöglichkeiten von Digitalwellen; diese haben manchmal von vornherein hüllkurvenähnliche Formen, hier lohnt sich auch ein langsameres Durchlaufen.

Lineare, exponentielle und logarithmische HüllkurveBearbeiten

Analoge Hüllkurvengeneratoren sind einfacher mit exponentiellem als mit linearem Verlauf zu erzeugen. Jede Wertänderung beginnt relativ schnell und verlangsamt sich mit zunehmender Annäherung an den zu erzielenden Wert. Für digitale Hüllkurvengeneratoren ist es wiederum technisch einfacher, die Hüllkurven linear zu erzeugen, also mit gleichbleibenden Wertänderungen. Es gibt aber sehr wohl beide Formen in beiden Bereichen.

Weil der Unterschied klanglich durchaus hörbar ist, können viele virtuell-analoge Synthesizer exponentielle Hüllkurven erzeugen, die in der Form an die klassischer Analogsynthesizer angelehnt sind, die sie nachahmen. Zusätzlich ermöglicht die Digitaltechnik das Gegenteil der exponentiellen Hüllkurve: die logarithmische Hüllkurve, die mit der Zeit nicht langsamer, sondern schneller wird.

Die Variabilität der Hüllkurven von virtuell-analogen Synthesizern fällt sehr unterschiedlich aus: Bei einigen kann nur die Hüllkurve als Ganzes zwischen linear, exponentiell und logarithmisch umgeschaltet werden, bei anderen wiederum ist jede Phase individuell umschaltbar zwischen linear, exponentiell und logarithmisch. Teilweise ist sogar die Krümmung der Hüllkurve variabel.

Aber auch im analogen Bereich können mehrere Charakteristiken koexistieren: Der ARP Odyssey beispielsweise hat eine exponentielle ADSR- und eine lineare AR-Hüllkurve. Beim ARP 2600 ist die Charakteristik der AR-Hüllkurve sogar wählbar.

Der Begriff „Sustain“ bei Orgeln und Arranger KeyboardsBearbeiten

Besonders ältere elektronische Orgeln und Arranger Keyboards verwenden den Begriff „Sustain“ irreführend. Er bezeichnet hier eine zuschalt- oder regelbare Release-Phase als klanggestaltendes Mittel oder einfacher Ersatz für ein Hallgerät.

Der eigentliche Sustain-Wert ist bei diesen Instrumenten nicht regelbar, sondern je nach Presetklang oder gar Registergruppe voreingestellt auf entweder Maximum oder null.

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