Das spannungsgesteuerte Filter

 

Das spannungsgesteuerte Filter oder auch VCF (von englisch: Voltage Controlled Filter) ist für die Klangfarbe zuständig, indem es dem vom Oszillator erzeugten Ton Obertöne entzieht und Resonanzen hinzufügt. Ein Filter basiert auf der Eigenschaft eines Kondensators Wechselströme ab einer bestimmten Frequenz immer schlechter zu übertragen (außerdem ändert er die Phasenlage des Signals). Diese Frequenz wird als Grenzfrequenz (beziehungsweise Eckfrequenz, Kennfrequenz oder auch Cutoff Frequency) bezeichnet. Je nachdem wie der Kondensator geschalten ist werden die Frequenzen oberhalb beziehungsweise unterhalb der Grenzfrequenz exponentiell abgeschwächt. Die übrigen Frequenzen werden dagegen verstärkt.

Es gibt nun verschiedene Arten von Filtern: Tiefpass, Hochpass, Bandpass, Bandsperre (auch oft als Kerbfilter oder Notch bezeichnet), und Allpass.

Das Tiefpassfilter entzieht dem Signal alle Anteile oberhalb der Grenzfrequenz des Kondensators und lässt nur die tiefen Frequenzen gleichmäßig durch.

Das Hochpassfilter entzieht dem Signal alle Anteile unterhalb der Grenzfrequenz und lässt nur die hohen Frequenzen gleichmäßig durch.

Ein Bandpassfilter erhält man indem man ein Tiefpassfilter und ein Hochpassfilter in Reihe schaltet. Es lässt nur die Mitten passieren. Ein Kerbfilter oder auch Notchfilter erhält man dagegen durch Parallelschalten eines Tiefpassfilters und eines Hochpassfilters. Es entzieht dem Frequenzspektrum nur ein schmales Band.

Das Allpassfilter lässt alle Frequenzen ungehindert passieren. Es ändert lediglich die Phasenlage des Signals und wird daher auch als Phaser bezeichnet.

Nach der Filterart sei nun die Flankensteilheit genannt. Sie gibt an wie viel Anteil des Signals in dB pro Oktave abgeschwächt wird. Filter mit einer Flankensteilheit von 6 beziehungsweise 12 dB pro Oktave erledigen das Leisemachen gemächlicher und klingen weicher. Filter mit einer Flankensteilheit von 24 beziehungsweise 48 dB pro Oktave erledigen das schneller und klingen daher härter.

Die Filtercharakteristik beschreibt das Durchlassverhalten und wie abrupt das Signal ab der Grenzfrequenz abgeschwächt wird. Das Bessel - Filter hat ein lineares Durchlass - und Abdämpfungsverhalten. Ebenso das Butterworth - Filter, welches allerdings um die Grenzfrequenz herum leicht anhebt und ein etwas steileres Abdämpfungsverhalten hat. Das Tschebyscheff - Filter hat ein nicht – lineares Durchlassverhalten und ein exponentielles Abdämpfungsverhalten.

Die Filtercharakteristika ändern sich mit der Resonanz. Diese erhält man durch eine Rückkopplung im Filter indem man das Ausgangssignal invertiert und dem Eingangssignal beimischt. Die Stärke der Resonanz kann man mit einem Regler bestimmen. Bei manchen Filtern kann man die Resonanz so stark aufdrehen, das sie das Eingangssignal völlig ausblendet und nur noch ein Pfeifen übrig bleibt. Bei keiner Resonanz entspricht die Filtercharakteristik der Bessel - Kurve. Je stärker die Resonanz wird, desto mehr verändert sich die Filtercharakteristik über die Butterworth - Kurve bis hin zur Tschebyscheff - Charakteristik.

Filter in analogen Synthesizern verfügen über einen Eingang für das zu bearbeitende Signal und einen Ausgang für das bearbeitete Signal. Außerdem stehen noch Steuerspannungseingänge für die Steuerung der Grenzfrequenz und bei manchen Geräten auch für die Stärke der Resonanz zur Verfügung. Es gibt auch Filter bei denen man das Resonanzsignal zusätzlich abgreifen und an einen anderen Eingang zurückführen kann.

Bei den sogenannten Multimode - Filtern oder State – Variable – Filter hat man die vier Filterarten Tiefpass, Hochpass, Bandpass und Bandsperre gleichzeitig zur Verfügung.

 

Klangbeispiel : Track 3 – Filterarten jeweils ohne und mit Resonanz

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