Bei der Veränderung von digitalen Instrumenten stößt man öfter auf eine ADSR Hüllkurve. ADSR steht für Attack, Decay, Sustain, Release. Mit diesen vier Werten lässt sich das Verhalten eines Instrumentes auf einen Tastendruck steuern und an analoge Vorbilder anpassen

Synthesizer mit Reglern für Attack, Decay, Sustain und Release.

Analoge Instrumente reagieren auf unterschiedliche Weise darauf, wie man sie bedient. So spricht eine Flöte anders an als ein Klavier und eine Orgel unterschiedlich zu einer Gitarre. Dabei geht es nicht um die unterschiedlichen Klangeigenschaften, sondern um das Verhalten eines angespielten Tons.

Attack

Der Attack-Wert ist ein Zeitwert. Er gibt an, wie lange das Instrument braucht, bis es den vollen Lautstärkewert erreicht hat. Bei einem Tastendruck ist das die Zeit, bis der Ton im ganzen Instrument erklingt. Eine Flöte, die durch einen Luftstrom erst in Schwingung versetzt werden muss, hat eine längere Attackzeit, als eine Gitarre, die angeschlagen wird.

Um euch die Funktion des Attackreglers besser zu zeigen, habe ich ein Hörbeispiel produziert. Darin verändere ich den Attack Regler von 5ms auf  500ms und wieder zurück. Alle anderen Werte bleiben gleich. Am Anfang, also bei einem niedrigen Attack klingt das ganze wie ein Klavier, bei dem ein Hammer sofort einen Ton erzeugt. Je höher ich den Attackregler drehe, desto länger braucht der Ton, bis er nach dem Anschlag da ist. Im Hörbeispiel klingt er dann ähnlich zu einer Geige, die durch einen Bogen erst zum klingen angeregt werden muss, dann wie ein Akkordion, das für das langsame anklingen des Tons bekannt ist, bis schlieslich die Dauer, mit der der Ton gespielt wird, nicht mehr ausreicht, damit er auf die volle Lautstärke kommt.

Decay

Der Decay gibt an, wie die Lautstärke des Tons direkt nach dem Anschlag absinkt, während der Ton noch gespielt wird. Er ist auch ein Zeitwert. So kann etwa ein besonders harter, beziehungsweise weicher Anschlag simuliert werden. Das passiert zum Beispiel bei einer Pfeifenorgel durch den Druckabfall nach dem Drücken der Taste, beim Klavier durch die Dämpfung, die der Hammer selbst verursacht, bei einer elektrischen Orgel kommt das dagegen überhaupt nicht vor. Im Hörbeispiel drehe ich die Decayzeit immer weiter nach oben, und am Schluss wieder zurück. Wie man hört, ändert sich dabei der Klang von einem sehr harten Anschlag zu einem sehr weichen, kaum hörbaren.

Sustain

Der Sustain gibt an, auf welchem Lautstärkelevel der Ton bleibt, solange die Taste gehalten wird. Er ist damit ein Prozentwert. Eine Orgel hat zum Beispiel einen sehr hohen Sustainwert, da der Ton beim langen Halten einer Taste keine Lautstärke verliert. Eine Gitarre hat dagegen überhaupt keinen Sustain, denn wenn man eine Saite angeschlagen hat, schwingt diese gemächlich aus, bleibt aber nicht auf einem Level stehen (allein deswegen schon, weil man die Saite nicht "gedrückt halten kann". Die Geige hat wieder einen Sustainwert, denn solange der Bogen gestrichen wird, bleibt der Ton auf seinem Level stehen.

Im Hörbeispiel drehe ich wieder langsam den Sustain nach oben und wieder nach unten. Auf 0% merkt man, dass es nur einen Anschlag gibt, kein halten. Sobald der Sustain hörbar ist, funktioniert ein dauerhaftes Halten des Tons. Was man an dem Beispiel auch gut hört, ist das Zusammenspiel zwischen Sustain und Decay. Denn je kleiner der Sustain-Wert ist, desto stärker kommt der vorhandene Decay zum tragen und desto härter wirkt der Anschlag. Wenn der Sustain auf 100% ist, fällt der Decay nicht mehr ins Gewicht (er ist praktisch nicht mehr vorhanden, weil ja kein Absenken von 100% Lautstärke auf 100% Sustain existiert).

Release

Der Release ist wieder ein Zeitwert. Er gibt an, wie lange der Ton noch zu hören ist, nachdem die Taste losgelassen wurde. Eine Gitarre hat etwa einen sehr langen Release, da die Saite weiterschwingt, nachdem sie angeschlagen worden ist. Eine Orgel hat dagegen nur einen kurzen Release, denn sobald die Pfeife verschlossen ist, kommt kein Ton mehr (das, was man dort als Release wahrnimmt ist eigentlich der Hall der Kirchen). Im Hörbeispiel ist zu hören, dass ein längerer Release dazu führt, dass ein Nachschwingen wahrgenommen wird, das dann aber bei zu vielen zu dicht hintereinandergespielten Tönen zu einer Klangvermischung untereinander führt.

Die Werte für Attack, Decay, Sustain und Release und an welcher Stelle sie wirken.

Ein Modell für Klangverhalten

ADSR ist also ein Modell, mit dem man das Klangverhalten modellieren kann. Es erlaubt uns zu verstehen, wie Instrumente in der Natur klingen, und wir können deren Klang digital nachbauen. Es ist ein einfaches Modell, was nicht viel mathematisches Verständnis voraussetzt, und das grafisch schön darstellbar ist. Besonders deswegen hat es sich sehr stark in der Musikwelt durchgesetzt und befindet sich in einer Vielzahl an Synthesizer, egal ob analog oder digital.

Kurvenform

Für manche Einstellungen sind die linearen Kurven, die durch im ursprünglichen ADSR zwischen den Werten gebildet werden, nicht ausreichend. Deswegen haben sich auch weitere Kurven etabliert, die etwa eine quadratische Zunahme des Klangs beim Anschlag ermöglichen. Was Kurvenformen zwischen den einzelnen Werten angeht, so gibt es hier sicherlich keine Grenzen und mit dem passenden Kurvenverlauf lässt sich ein bestimmtes Instrument noch natürlicher nachbilden als ohne. Ich empfehle jeden, zuerst nicht auf die Kurvenform, sondern auf das Verständnis der Werte und ihres Zusammenspiels zu achten und erst wenn man das gut verstanden hat, kann man sich über verschiedene Kurvenformen und Interpolationen im Zeitverlauf der Werte Gedanken machen.

Ausblick

ADSR ist nicht das einzige Modell, das den Verlauf des Klangs durch einen Tastendruck beschreibt. So kann das Modell noch um weitere Parameter ergänzt werden, wie etwa einen Hold, der für eine gewisse Zeit den Maximalpegel hällt, bevor der Decay einsetzt.

Weitere Fragen zu ADSR könnt ihr mir gerne in den Kommentaren stellen.

Quellen:
Butz, Prof. Dr. Andreas, VL Medientechnik 2017
und eigene Erfahrungen

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