Synthomelodicon
Meine Musikmaschine

Ideen fallen normalerweise nicht vom Himmel. Es kam leider auch keine schöne Fee, die mich küsste und mir ins Ohr flüsterte "Bau doch mal ein Gerät, das Musik komponiert". Nein, es begann mit einer Kette von Inspirationen.

In einer Ausgabe von elektor entdeckte ich eine Schaltung, mit der man Lissajou-Figuren auf einem Oszilloskop darstellen kann, indem man zwei abschwellende Sinussignale erzeugt. Das sah sehr hübsch aus. Irgendwie kam mir die Idee, einen Kopfhörer an den Ausgang zu halten, um zu hören, wie das Signal klingt. Es machte "ping... ping...", als ob eine kleine Glocke angeschlagen würde. Interessant! Ich lötete acht Potentiometer hinzu, die ich auf die Grundtöne einer Tonleiter stimmt, nun hatte ich eine Art Xylophon. Dann kam mir die Idee, die Töne durch einen Zufallsgenerator variieren zu lassen, dann baute ich drei Tongeneratoren hinzu, die einen orgelähnlichen Dreiklang-Akkord als Hintergrundbegleitung spielten... und dann kam mir die Idee, dass diese Orgel verschiedene Akkordschemata beherrschen sollte und dass die Töne, die der Zufallsgenerator auswählt, nur solche sein sollten, die auch harmonisch zu den Orgelakkorden passen. (Womit das Funktionsprinzip eigentlich schon erklärt ist.)

OK, fangen wir also noch mal von vorn an, aber diesmal richtig. Ich baute die gesamte Elektronik in eine DIN-A4-große Holzkiste ein. Wichtig war mir dabei, dass die Orgel einen halbwegs natürlichen Klang bekommt. Natürliche Instrumente haben nämlich anharmonische Obertöne, das heißt, die Obertöne sind nicht genaue Vielfache des Grundtons, sondern liegen eine Nuance daneben. Von meinem elektronischen Klavier Yamaha CP30 hatte ich mir das Prinzip abgeschaut: jeder Ton wurde zweifach erzeugt, wobei man die Töne gegeneinander verstimmen konnte. Deshalb baute ich auch in mein Gerät sozusagen zwei "Orgeln" ein. Und natürlich durfte auch ein Bass nicht fehlen. Nachdem ich alle Töne mit Hilfe der 31 Potentiometer mühsam gestimmt hatte, kam wirklich hörenswerte Musik aus dem Lautsprecher. Leider stellte es sich mit der Zeit heraus, dass sich die Töne verstimmten und immer wieder nachgestimmt werden mussten. Das fand ich doch recht unbefriedigend.

OK, fangen wir also noch mal von vorn an, aber diesmal richtig. Und zwar voll digital! In einem Geschäft für elektronische Orgeln kaufte ich mir zwei Teiler-ICs, die mit einer Frequenz von 1 MHz "gefüttert" werden müssen und dann die Frequenzen für alle 12 Halbtöne einer Tonleiter ausgeben. Das eine IC bekommt direkt 1 MHz aus einem Quarzoszillator, das andere bekommt die selbe Frequenz, wobei aber ein Zähler jeden 128. Impuls unterdrückt. Diese eigentlich etwas unsaubere Methode genügt, um die oben erwähnte Verstimmung zu bewirken. Für die Melodietöne wandelt ein starker Tiefpassfilter die Rechteck-Impulse annähernd sinusförmig um, nachdem sie von einer absinkenden Hüllkurve überlagert wurden. So entsteht aus der Rechteckwelle der gewünschte Glockenton. Der Rest gleicht weitgehend dem ersten Gerät: weitere Teiler erzeugen die Frequenzen für den Bass und die beiden Orgeln. Bei den Orgeln werden für jeden Ton die Frequenzen von mehreren Oktaven über Widerstände zusammengeführt, was einen sehr vollen, obertonreichen Klang ergibt. Da sämtliche Töne direkt von der 1-MHz-Frequenz abgeleitet werden, kann sich nichts verstimmen. Lediglich der Zufallsgenerator arbeitet (logischerweise) mit ungeregelten Frequenzen: zwei voneinander unabhängig erzeugte Rechteckimpulse werden überlagert. Je nachdem, wie weit sie sich überlappen, entsteht ein Impuls mit zufälliger Länge. Dieser schaltet eine hohe Frequenz ein, sodass daraus eine kurze Folge mit einer zufälligen Anzahl von Impulsen entsteht. Diese Impulsfolge wird in ein Zähler-IC geschickt, das sozusagen ein Roulett-Rad bildet, das sich so lange dreht, wie Impulse ankommen. Der Zählerstand am Ende der Impulsfolge ist deshalb völlig zufällig.

Die musikalische Seite sieht so aus: über eine Diodenmatrix sind acht Akkordschemata festgelegt, die alle mit C-dur beginnen und so enden, dass anschließend wieder ein C-dur-Akkord folgen kann. Zum Beispiel: C-dur, A-moll, F-dur, G-dur oder C-dur, E-moll, D-moll, F-dur. Durch eine weitere Diodenmatrix ist festgelegt, welche vier Melodietöne jeweils zu einem Akkord harmonisch passen, zum Beispiel für F-dur die Töne C, D, F und A. Eine dritte Diodenmatrix bestimmt, aus welchen Tönen die sechs Akkorde jeweils aufgebaut sind. Jeder Akkord dauert einen 4/4-Takt lang, die Melodietöne sind normalerweise Viertelnoten, wobei diese mit gewisser Wahrscheinlichkeit durch eine Pause oder zwei Achtelnoten ersetzt werden kann. Bei den Achtelnoten ist noch die Besonderheit, dass nur die erste (betonte) Note dem Harmonieschema folgt, während die zweite (unbetonte) Note völlig frei ausgewählt wird.

Das Ganze ist natürlich wieder mal völlig frei verdrahtet, denn es handelt sich im Grunde genommen um einen Experimentier-Aufbau. Es funktionierte ja längst nicht alles auf Anhieb so, wie es sollte – vieles musste geändert und verbessert werden. Die gesamte Elektronik steckt in einem Acrylglas-Gehäuse, in das ich mir die Beschriftung eingravieren ließ. Ich hatte mir natürlich auch überlegt, die Steuerung als Z-80-System zu realisieren, war aber zu der Meinung gelangt, dass der Hardware-Aufwand etwa genau so groß sein würde, denn all die Frequenzteiler wären nicht einzusparen gewesen, und die CPU samt Speicher- und Portbausteinen hätte ebenfalls eine riesige Lötarbeit bedeutet.

In dem Gehäuse stecken massenweise LEDs, die alle etwas mit der Musik und ihrem Takt zu tun haben. Die roten LEDs bilden Lauflichtketten, deren Geschwindigkeit von der Frequenz der Basstöne abhängt. Die grünen Lauflichtketten werden mit jedem Melodieton weiterbewegt. Die gelben LEDs flackern rein zufällig mit jedem Vierteltakt, während vier organgefarbene LEDs die vier Takte eines Akkordschemas anzeigen. Drei grüne LEDs entsprechen den Dur-Akkorden und drei gelbe den Moll-Akkorden, wobei sie so angeordnet sind wie die entsprechenden Knöpfe bei einem Akkordeon. Die LED, deren Akkord gerade erklingt, schaltet auf rote Farbe um. Last not least sieht man in blau die Melodie-Note, die gerade gespielt wird. Ursprünglich (das heißt Ende der 80-er Jahre) hatte ich blau gefärbte Glühlämpchen eingebaut, tauschte sie aber im Jahr 2000 gegen blaue LEDs aus, nachdem diese einigermaßen preiswert geworden waren.

Das Gerät taufte ich auf den Namen "Synthomelodicon", weil es auf synthetische Weise Melodien erzeugt.

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