Testbericht: Spektrale Synthese mit Kaleidoscope von 2CAudio

Testbericht von Stefan Federspiel

Noch nie war ich während der Erkundung eines neuen Audioprogramms dermaßen überwältigt von den neuen Möglichkeiten, die sich da eröffneten, wie von Kaleidoscope. „Mind blowing“ heißt das im Englischen treffend und ja, es blies mir buchstäblich das Hirn weg. Nun wird das etlichen anderen nicht so gehen, weil die Anwendungsgebiete dieses Audio-Effekts/Synthesizers relativ speziell sind, genau so wie die Synthesemethode. Für Flächenklänge und Effekte ist Kaleidoscope aber eine Geheimwaffe, die neue, „unerhörte“ Klänge hervorbringen kann.

Kaleidoscope_Screen

Schon seit Langem bin ich von dem Konzept der Spektralen Synthese fasziniert, war aber letztendlich immer recht frustriert von den Ergebnissen und der eingeschränkten Variationsbreite der Klänge, die zumindest mit den für Windows verfügbaren Programmen erreicht werden können. IRIS von Izotope bildet da eine Ausnahme, aber das ist keine echte Spektrale Synthese, sondern ein Spektrales Filter, man nimmt hier immer nur etwas aus dem schon vorhandenen Frequenzspektrum heraus.

MetaSynth als das bisher einzige wirklich professionelle Programm in dem Bereich teilt viele Eigenschaften mit Kaleidoscope, dennoch verfolgt Kaleidoscope einen neuen Ansatz, dazu weiter unten mehr. Es gibt einige Synthesizer, die Spektrale Synthese als eine Methode unter vielen integriert haben. Alchemy oder Harmor sind hier zu nennen, hier ist das aber eher einfach gehalten und mit dem, was dieses Programm macht nur bedingt vergleichbar. Um deutlich zu machen, was an Kaleidoscope so revolutionär ist, muss ich erst einmal die Spektrale Synthese grundsätzlich kurz erklären, wie das bisher praktiziert wurde und dann was Kaleidoscope anders macht. Wobei diese Prinzipien auch für die Verwendung von Kaleidoscope als Effekt gelten, sie wirken sich nur etwas anders aus. Wer also mit Spektraler Synthese völlig vertraut ist, kann unten im Abschnitt „Was Kaleidoscope anders macht“ weiter lesen.

Spektrale Synthese kurz erklärt

Ein (Schall-)Spektrogramm oder Sonagramm ist vielen vertraut, es bildet den Frequenzverlauf eines Klangs als Bild ab. Dabei ist auf der X-Achse die verstreichende Zeit abgebildet und auf der Y-Achse von den tiefsten bis höchsten Tönen die Energie in den Frequenzbändern.

Sonagramm Piano Ausschnitt
Das Spektrogramm eines Pianoklangs, man erkennt gut die Abfolge der harmonischen Obertöne. Schwarz bedeutet Stille, Weiss bildet die Energie und ihren Verlauf in dieser Freqeuenz ab.

So klingt der in dem Spektrogramm abgebildete Pianosound.

Spektrale Synthese verwandelt umgekehrt Bilder, die wie ein Spektrogramm interpretiert werden in Klänge, die Klangerzeugung wird davon gesteuert, wie die Verteilung heller und dunkler Pixel im Bild aussieht. Nach diesen „Anweisungen“ werden die Klänge Frequenzband für Frequenzband mithilfe einfacher Sinuswellen oder Rauschen aufeinandergeschichtet.

Spektrale Synthese ist also grundsätzlich eine Unterform der Additiven Synthese. Eine horizontale Pixelzeile des Bildes bildet dabei praktisch eine Hüllkurve für die Sinuswelle und beschreibt, wann sie leise, mittellaut oder ganz laut sein soll.

Ein einfacher Helligkeitsverlauf z. B. Von ganz dunkel nach maximal Weiss wieder zu Schwarz würde als ein langsam eingeblendeter, dann lauter und dann wieder ausklingender Ton in dieser Frequenz erklingen.

Spektrale_Synthese_Prinzip_A
Die Helligkeit und ihre Zu- und Abnahme bestimmen den Klangverlauf. Für diese Information reicht auch eine Pixelzeile aus.

Bei der „normalen“ Subtraktiven Synthese bestimmt man den Lautstärkeverlauf des Gesamtklangs mit Hüllkurven, die in der gebräuchlichen Form fünf Punkte haben, vier davon kann man im Zeitverlauf oder der Intensität verändern (ADSR-Kurven). Die Hüllkurve bei Spektraler Synthese für ein Frequenzband (also nur einen Teil des Gesamtklangs) hat dagegen so viele Punkte, wie die Bildzeile über Pixel verfügt. Bei Kaleidoscope sind das 1024 „Einstellpunkte“ pro Volumen-Hüllkurve und man kann bis zu 512 Bildzeilen verwenden. Man sieht also dass die Informationsdichte, die den Klangverlauf bestimmt bei der Spektralen Synthese viel höher ist, als sie bei Subtraktiver Synthese je sein kann.

Bild: Spektrale_Synthese_Prinzip_B.jpg Unterschrift: Wenn man die Information einer Pixelzeile die 1024 Pixel lang ist, in eine herkömmliche Hüllkurve übersetzen würde, hätte diese 1024 Punkte und wäre nicht mehr einstellbar, schon gar nicht, wenn man sie bei 512 Frequenzbändern einstellen müsste. Deshalb liegt die noch halbwegs handhabbare Grenze für Multi-Segment-Hüllkurven bei Subtraktiven- oder FM- Synthesizern bei maximal 30 Einstellpunkten.

Die Tonhöhe wird von der vertikalen Position der Pixel bestimmt, die gerade „gescannt“ werden. Deshalb lassen sich mit Spektraler Synthese sehr differenzierte Tonhöhenverläufe gestalten, die so mit herkömmlichen Methoden nur schwer oder gar nicht erreichbar sind. Ein einfaches Beispiel:

Spektral_Tonhoehe_Rhythmus
Tonhöhen lassen sich beliebig und völlig Übergangslos einfach einzeichnen. Ganz oben ist als Beispiel eine Zeile (die blaue Linie) mit ihren Helligkeitsinformationen dargestellt.

Das Bild oben in Coagula als Sound ausgegeben.

Mit der Helligkeit und der Position eines Bildpunktes lassen sich also die Lautstärke, die Tonhöhe und mit der Abfolge heller und dunkler Bereiche auch der Rhythmus bestimmen.

In dem Freeware-Programm Coagula werden ähnlich wie in Kaleidoscope durch die Farbe der Bildpunkte die Position im Stereopanorama festgelegt. Ein digitales Bild setzt sich aus drei Farbkanälen zusammen Rot, Grün und Blau (RGB), bei Coagula und Kaleidoscope steht der rote Farbanteil in einem Pixel für Links und der grüne für Rechts.

Das RGB-Farbmodell ist additiv, das heißt, anders als bei der gewohnten Pigmentmischung aus dem Schulmalkasten mischt sich Rot und Grün zu Gelb. Gelbe Bildpunkte ergeben eine Position in der Mitte des Stereopanoramas. Bei Coagula codiert der blaue Farbanteil Rauschen, bei Kaleidoscope wird er nicht berücksichtigt, bzw. bleibt leer, um nicht mit überflüssiger Information abzulenken.

Ein Farbverlauf von Rot über Gelb nach Grün läst den Ton von Links nach Rechts wandern.
Ein Farbverlauf von Rot über Gelb nach Grün läst den Ton von Links nach Rechts wandern.

Die Stereoposition lässt sich dabei im Extremfall für jeden Bildpunkt in jedem Frequenzband unabhängig festlegen. Für herkömmliche Syntheseverfahren ist das schlicht völlig unmöglich. Die Beispiele in dem Bild oben hintereinander in einem langen Bild positioniert und in Coagula abgespielt.

Panning_Coagula_Screen
Panning Coagula Screen

Man hört, dass Coagula dieses Beispiel nicht ganz sauber rendern kann und es am Anfang etwas holpert, hier kommt das Freeware-Programm an seine Grenzen.

Was Kaleidoscope anders macht

Bei Coagula kann man gut nachvollziehen, wie das Bild in der eingestellten Geschwindigkeit abgetastet wird. Eine kurze Pixelfolge gibt einen kurzen Ton, eine lange Pixelfolge einen langen und das sehr exakt. Die Tonhöhe ergibt sich aus der relativen vertikalen Position im Bild und der eingestellten Spannbreite der untersten und obersten Grenzfrequenz. Sie ändert sich also je nach den Grenzfrequenzen und ist damit beliebig und ungenau.

Bei dem kommerziellen Programm Photosounder ist das prinzipiell nicht anders, auch hier legt man in den Voreinstellungen Grenzfrequenzen fest. Hier hat man es etwas einfacher absolute Tonhöhen heraus zu finden, so lange man bei den gleichen Voreinstellungen und Bildhöhe in Pixeln bleibt, da das Programm per FFT-Analyse Sounddateien in Bilder umwandelt. Man kann also in einer Bildbearbeitung die Schallereignisse in den Bildern vermessen und dann an den entsprechenden vertikalen Positionen (in einem neuen Bild) mit dem digitalen Pinsel „Noten“ einzeichnen. Das wird dann abgestastet und exakt in Sounds umgesetzt, klingt aber meist nicht so besonders aufregend, zumal Photosounder nur in Mono arbeitet.

Zunächst erscheint es als ein vielversprechender Ansatz solche Bilder von realen Sounds in einer Bildverarbeitung zu verändern und so neue Klänge zu erzeugen. In der Praxis gibt es aber einen sehr großen Qualitätsverlust schon bei der Generierung der Spektrogramme, da es dabei ein prinzipielles mathematisches Problem gibt, das zu einer Unschärfe in der Zeit- oder Frequenzauflösung des Bildes führt und die Bilder schon ganz unverändert wieder abgespielt klingen, wie aus einem schlechten Lautsprecher in einer Gießkanne. Deshalb hat 2CAudio bei Kaleidoscope auf eine solche Umsetzung von Sounds in Bilder verzichtet.

Der springende Punkt ist aber, dass die Abfolge und Stimmung der Frequenzbänder stur nacheinander über das gesamte Frequenzspektrum erfolgt, sie sind sozusagen wie in Beton gegossen und man muss seine Aktionen in dem Bild daran anpassen, zu dicke horizontale Linien ergeben nur Krach, jeder Oberton muss extra eingezeichnet werden, und zwar da, wo er in den logarithmisch gestauchten Frequenzbändern hingehört, sonst klingt es schief. Also: es ist extrem mühsam und die Ergebnisse sind meist eher bescheiden.

Wobei sowohl Coagula, als auch Photosounder interessantes experimentelles Material und Soundeffekte erzeugen können, aber musikalisch nutzbare Klänge eben nur selten. Coagula generiert eher klare Töne, da hier jedes Pixel eine kurze Sinuswelle auslöst, weißes Rauschen wird durch blaue Farbanteile hervorgebracht, ist aber nur vorsichtig einzusetzen. Photosounder basiert nur auf Rauschen, eine Pixelzeile präsentiert ein extrem schmales Frequenzband weißes Rauschen. Deshalb lassen sich Drum-Sounds mit harten Transienten und hohem Rauschanteil ganz gut erzeugen, lange Töne wirken aber etwas unregelmäßig im Volumen, nicht glatt.

Kaleidoscope macht im wesentlichen vier Dinge anders: Die Frequenzbänder können individuell gestimmt werden, zur Sounderzeugung werden nicht Oszillatoren, sondern physikalisch modellierte Resonatoren verwendet, nicht ein, sondern zwei Bilder bestimmen den Klangverlauf und das Programm reagiert als Live-Effekt auf Sound-Input und verfremdet ihn.

Als Beispiel dieselbe Bild-Datei in Coagula, Photosounder und Kaleidoscope abgespielt. Wobei die Tonhöhe und Spreizung über die Frequenzen nur sehr grob aufeinander abgestimmt werden können, wegen der zu unterschiedlichen Einstellmöglichkeiten.

Coagula
Coagula

Photosounder
Photosounder

Kaleidoscope
Kaleidoscope

Die Resonatoren

Im Programm-Handbuch sind die Resonatoren im Detail erklärt und es ist schwierig das kürzer zu bekommen, ohne dass der wesentliche Unterschied zu den anderen Programmen mit diesem Syntheseprinzip verloren geht. Ob nun Sinuswellen oder Rauschen verwendet wird, bisher funktioniert das nach dem Schalter an/aus-Prinzip, es werden Oszillatoren mit verschieden hohen Lautstärkestufen durch den Helligkeitswert der Pixel ein- und ausgeschaltet. Kaleidoscope verwendet jedoch nicht Oszillatoren, sondern eine Spezialform von Filtern mit einer extrem hohen Resonanz, eben Resonatoren.

Im Handbuch gibt es einen sehr schönen Exkurs darüber, dass letztlich jedes Schallereignis im Universum auf ein Zusammenwirken verschiedener Resonanzen zurückgeht, aber kurz gesagt: diese Resonatoren sind Bandpass-Filter mit einer regelbaren Resonanz, je höher die Resonanz, desto schmaler wird das Frequenzband, das durch den Filter durchgelassen wird, aber je länger klingt es auch nach. Deshalb heißt der entsprechend Regler auch „Feedback“. Ist das Feedback niedrig, hat der Resonator keinen steilen Peak mehr in einer bestimmten Frequenz, auf die er gestimmt ist, sondern nur noch eine flache Glockenkurve, viele nebeneinanderliegende Frequenzen kommen durch den Filter und das Ergebnis nähert sich einem Rauschen, das auch nur noch kurz oder bei Null Feedback gar nicht mehr nachklingt.

Kaleidoscope bietet zwei Typen dieser Resonatoren, Spring und String. Spring-Resonatoren erzeugen eine Sinuswelle, die nur auf der Basisfrequenz schwingt und keine Obertöne besitzt. String-Resonatoren hingegen sind nach dem Vorbild einer einfachen, schwingenden Saite modelliert und hier schwingen auch eine Reihe regelmäßiger Obertöne mit. (Es gibt noch einen dritten Typ, den FIR-Mode, der im strengen Sinn kein Resonator ist und ausschließlich Delays produziert, aber eher experimenteller Natur ist.)

Resonatoren sind aber Filter. Filter an sich klingen nicht, sie brauchen einen Input, den sie filtern können oder der sie in Resonanz versetzt. Dieser Input ist entweder ein Audiosignal, deshalb ist Kaleidoscope auch ein Audio-Effekt, der auf einem Mix-Bus platziert wird, kein Instrument. Oder es kommt ersatzweise weißes Rauschen zum Einsatz, das ein interner Rauschgenerator erzeugt, dann funktioniert Kaleidoscope wie ein Synthesizer, unabhängig vom Input.

Die Image-Maps

Das Audiosignal oder das Rauschen trifft also auf diese massive parallele Resonatorbank, die bis zu 512 Resonatoren enthalten kann, und regt sie an. Davor ist aber noch ein Bild platziert, hier eine Image-Map genannt, das an den dunklen Stellen den Input abschwächt oder ganz unterdrückt. Das Audiosignal oder Rauschen, das durch die hellen Pixel durch kommt wirkt je nach Art des Signals wie ein Exciter, wie ein Hammer oder ein Plektrum oder ein Bogen auf die Resonatoren, sie schwingen je nach der Stärke des Feedback lange nach und hier wird ein zweites Bild im Signalweg platziert, das an den dunklen Stellen das Audiosignal stoppt bzw. das Ausklingen abschwächt.
Der Signalweg sieht also ungefähr so aus:

Signalweg_Kaleidoscope
Das erste Bild vor dem Input bestimmt, welche Resonatoren wie stark von der Audio-Quelle angeregt werden. Das zweite Bild nach dem Output der Resonatoren schwächt das Signal ab, verkürzt also das Ausklingen oder helle Pixel lassen es unverändert passieren.

Mit unterschiedlichen Bildern im Input und Output lassen sich eine gewaltige Anzahl von Variationen erzeugen, sowohl was die Klangfarbe, als auch die Rhythmik betrifft. Sind beide Bilder im Input- und Outputweg gleich und das Feedback auf eine mittlere Position gestellt, filtert sich das Bild sozusagen selbst und es klingt ungefähr so, wie wenn es nach der herkömmlichen Schalter ein/aus- Methode abgespielt werden würde.

Mit einem Trick bauen aber die Macher von Kaleidoscope diese Variationsmöglichkeiten noch mal aus, indem beide Bilder in unterschiedlichen Geschwindigkeiten abgespielt werden können und sich damit polyrhythmische Abfolgen oder sich langsam entwickelnde und beständig verändernde Klanglandschaften erzeugen lassen, die, wenn man sie in einem Bild verwirklichen wollte, ein ewig langes Bild voraussetzen würde.

Pro Bild lässt sich die Abspielgeschwindigkeit synchron zum Host in Unterteilungen pro Takt einstellen oder unabhängig in Hertz oder Sekunden.

Das Tuning-System

Das Besondere bei Kaleidoscope ist dagegen, dass jeder „Resonator“, der eine Pixelzeile „interpretiert“ einzeln gestimmt werden kann. Was das bedeutet, lässt sich zunächst nicht so leicht im vollen Umfang erfassen, zumal das Tuning-System in Kaleidoscope sehr weit ausgebaut und entsprechend komplex ist.

Kaleidoscope lädt Scala-Tuning-Dateien, die einfache Textdateien sind, in denen mit einer Menge Zahlen ausgedrückt steht, in welchem Verhältnis die einzelnen Töne einer Tonleiter zueinanderstehen. Dann kann man dazu einen Referenzton, z. B. C2 oder eine Frequenz in Hertz festlegen, von dem aus die Skala nach oben startet.

Das eröffnet die Möglichkeit, ein Bild tonal völlig verschieden zu interpretieren, je nachdem, welche Skala man verwendet und wie man diese mit den weiter führenden Optionen einstellt. Man kann zum Beispiel nicht eine komplette Skala verwenden, sondern nur die weißen Tasten in der normalen Zwölftonstimmung. Oder nur einen Akkord, die unterschiedlichen vertikalen Positionen in einem Bild lösen dann nur verschiedene Töne in diesem Akkord aus – aber das je nachdem, wie das Bild aussieht, viel differenzierter als das durch dröge MIDI-Befehle in einem herkömmlichen Synthesizer je möglich wäre. Oder man macht das mit einer pentatonischen Skala, einer Kirchentonart, einer ethnischen Skala oder einer beliebigen anderen modernen Skala – die Möglichkeiten sind grenzenlos.

MetaSynth verfügt über ein ähnliches, aber sehr viel einfacheres Tuning-System, Kaleidoscope baut das durch zwei zusätzliche Einstellmöglichkeiten aus: Es können in das Tuning für jeden Grundton (also z. B. die 12 Töne der herkömmlichen gleichmäßigen Stimmung) bis zu 64 Obertöne hinzugefügt werden (Partials). Es tauchen dann zwischen den auf Grundtöne gestimmten Resonatoren dynamisch, je nachdem, wie viele man einstellt, auf die Obertonreihe gestimmte Resonatoren auf. So bekommen auch die einfachen, nach Springs (Federn, wie beim Federhall) modellierten Resonatoren in der Summe ein natürliches Timbre, wie eine Saite oder eine Flöte.

Das hört sich jetzt vielleicht etwas kompliziert an und man kann auch damit umgehen, indem man ein bisschen hin- und her schaltet und merkt, o.k. klingt jetzt interessanter und gut, fertig. Aber wenn man sich vertieft damit beschäftigt, kommt das ins Spiel, was ich am Anfang als „mind blowing“ bezeichnet habe, denn es bedeutet, dass wenn man weiß, auf welchen horizontalen Pixelzeilen die einzelnen Obertöne bei dieser Stimmung liegen, man direkten Zugriff auf den Lautstärkeverlauf und das Panning dieser Obertöne hat.

Man kann das Timbre also sehr gezielt manipulieren. Das werden beim gegenwärtigen Stand des Programms die wenigsten tun, weil es aufwendig ist, die Obertöne mit Hilfe des genialen „tuning function display“ zu lokalisieren, aber es geht und es zeigt, dass sehr viel mehr Möglichkeiten in diesem Programm verborgen sind, als es beim ersten Durchklicken der Presets so erscheint.

tuning_function
Das „tuning function display“ stellt als ein farbiges Overlay aus Punkten die Stimmung jedes einzelnen Resonators visuell dar.

Die zweite dynamische Einstellmöglichkeit heißt „Duplicates“ und stellt bis zu 64 Kopien eines Resonators her. Es werden eine Anzahl genau gleich klingender Resonatoren übereinandergestapelt und das Tuning „vergröbert“ sich dadurch, je nach Bild oder was man erreichen will, kann das von Vorteil sein, da nun auch größere Farbflächen nicht ein Bündel von Tönen auslösen, sondern nur noch wenige oder einen.

Insgesamt „verbrauchen“ beide Einstellungen etliche der 512 zur Verfügung stehenden Resonatoren, was aber nicht schlecht ist, da z. B. wenn man nur Grundtöne ohne Partials oder Duplicates verwendet decken 96 Bildzeilen schon acht Oktaven ab, viel mehr als zehn sind aber gar nicht möglich, da man dann zu beiden Seiten aus dem hörbaren Bereich hinaus gerät. Um die gesamte Bildhöhe auszunützen und nicht nur den untersten Teil, muss man in den meisten Fällen dieses Feature verwenden. Nur bei mikrotonalen Skalen, die einen Halbton in viele Untertöne aufteilen, ist dies nicht so.

Kaleidoscope geht aber darüber noch mal hinaus, indem es auch One-Cycle-Wellenformen als Tunig-Information interpretiert. Das erscheint erst mal als eine seltsame Idee, denn die Samples, aus denen sich eine digitale Wellenform auf der untersten Ebene besteht, sind einfach Kommazahlen, die aneinandergereiht sind und den Zeit- und Energieverlauf der Schwingung um ihre Nulllinie beschreiben. So gestimmt klingt dann das ganze Bild zumindest von Charakter her, wie dieses kurze Schallereignis, das die Wellenform beschreibt. Das hat nichts mehr mit irgendwelchen geordneten, ausgewogenen Skalen zu tun, sondern bringt völlig abgefahrene Effekt-Klänge hervor.

Man kann also sagen, dass Kaleidoscope viel eher in der Lage ist, Bilder oder Bildelemente so zu interpretieren, wie Menschen sie wahrnehmen, auf einer abstrakteren Ebene, als nur stur als eine lineare Abfolge von Frequenzbändern, an die die Formen angepasst sein müssen, damit man ein sinnvolles musikalisches Ergebnis erhält.

Beispiele für ein Bild mit einem Spektrogramm eines verhallenden Klangs und Noten mit 16 Obertönen in verschiedenen Stimmungen abgespielt.

Tuning und Noten

Die normale Verwendung von Bildern in Kaleidoscope ist auf die Erzielung eines „Sounds“ oder eines breiten“Hintergrundklangs“ ausgerichtet, nicht auf klassische, definierte Noten. Doch auch das ist mit den passenden Bildern möglich. Über das Tuning-Display kann man die vertikale Position einzelner Noten und ihrer Obertöne, je nachdem, wie viele Partials im Spring Resonator Modus dazugefügt wurden in mithilfe eines Screenshots in einer Bildbearbeitung ermitteln. Im „Not Sorted“ Tuning Modus ist das einfach, da man nur Anfang und Ende der Bänder finden muss, die deutlich erkennbar sind. In diesen Bändern befindet sich sowohl der Grundton wie alle Obertöne.

Diese Note kann nun beliebig in ihrem Obertonspektrum, Ein- und Ausklang und Lautstärke manipuliert werden und eben auch die Stereoposition für jeden Oberton einzeln. Bei dem Modus „Sorted“, der die Resonatoren ihrer Frequenz nach anordnet, ist das sehr viel schwieriger, da man von ganz unten anfangen und sich dann für jeden Grundton in den jeweiligen Abständen der Obertonreihe nach oben arbeiten und dabei konsequent durchzählen muss, sonst erwischt man die „falschen“ Obertöne.

Der Lohn der Mühe ist folgender: Man kann zwar mit den Obertönen nichts anderes machen, als im „Unsorted“ Modus und es ist zudem noch viel unübersichtlicher, aber man kann fließend von einer Note zur anderen gleiten. Da diese Übergänge für jede Notenkombination anders aussehen, ist das Ganze in der Praxis sehr umständlich. Andrew Souter hat zwar angekündigt, dass für eine spätere Version ein Tool angedacht ist, das MIDI-Noten in Bilder umsetzt – aber ich kann mir schwer vorstellen, dass das dann auch gleitende Übergänge hinbekommt. Man muss ja schon froh sein, wen nicht nur die Position der Grundtöne für das jeweilige Tuning generiert wird, sondern auch die der Partials.

Noten im unsortierten Modus mit 64 Partials, der Umfang erstreckt sich dann über 8 Halbtöne z. B. von C bis G. Wenn, wie schon angekündigt vermutlich mit der Version 2 dann die Anzahl der Resonatoren auf 1024 verdoppelt wird, kommt man mit 64 Partials auf 16 Halbtöne.

Im sortierten Tuning-Modus sind nicht nur Manipulationen des Obertonspektrums möglich, sondern auch gleitende Übergänge zwischen Noten. Zusätzlich sich dynamisch ändernde reine und verstimmte Obertöne.


Die Form der Noten ist im unsortierten Modus einfacher zu gestalten, die Vielfalt ist unendlich und pro Note/Ton mit einem herkömmlichen Synthesizer nicht zu erreichen.

Zur Programmoberfläche (GUI) allgemein

Sieht man von den Voreinstellungen und dem Preset-Browser ab, sind die wesentlichen Bedienelemente auf einer einzigen sehr kompakten Seite vereinigt und einige Einstellungen, wie Tuning-Modus und Timing-Einstellungen in Untermenüs zwei Mausklicks entfernt. Es ist erstaunlich, was sie alles auf einer Seite unterbringen, wobei es eine doch etwas gewagte Mischung aus großzügigen Reglern, kleinen, eher unauffälligen Knöpfen mit dahinter verborgenen Werten und winzigen Feldern darstellt, die manchmal in der Hitze des Gefechts schwer zu treffen sind.

Kaleidoscope
Obwohl das Bild den meisten Platz einnimmt, sind nicht nur die wichtigsten, sondern auch weiter gehende Einstellungen direkt zugänglich.

GUI Aufbau

Die Oberfläche gliedert sich in die oberste Menüleiste, die zwischen der Hauptansicht „Main“, dem Preset-Browser und den Voreinstellungen umschaltet. AB-Slots ermöglichen den Vergleich zweier (modifizierter) Presets. In der Einstellungs-Leiste darunter stellt man die mit den kleinen Feldern links die Anzahl der Partials/Duplicates des aktuellen Tunings ein und bekommt Zugang zu den Untermenüs, in denen man Tunings laden und einstellen kann. In der Mitte werden Bilder aus der Bibliothek ausgewählt und rechts wird das Timing festgelegt.

Screen_Einstellungsleiste

Links vom Bildmaterial werden mit großen und kleinen Drehreglern und Buttons alle Parameter, die Wirkung der Bilder betreffen eingestellt. Zuoberst der überaus wichtige Feedback-Regler, die kleinen Buttons daneben schalten zwischen verschiedenen Modi um oder regeln die relative Stärke abhängig von der Frequenz. Darunter der Mod-Regler, der Kontrastverhältnisse im Bild verändert und der letzte Regler links steuert die zufällige Verstimmung der Resonatoren und vor allem der Duplikate untereinander, was eine Art Chorus-Effekt erzeugt.

Main_Control_Area

Mit Schiebereglern an den Bildkanten kann das Bild vertikal und horizontal verschoben werden, die kleinen Quadrate an der linken unteren Ecke führen eine vertikale Stauchung des Bildes herbei, (nicht-destruktiv, wie alle Bildoperationen in Kaleidoscope).

Man kann also den groben Charakter eines Bildes auch auf bis zu 64 Zeilen zusammenquetschen, wenn man nur so viele z. B. für String-Resonatoren verwenden will. Die drei Quadrate unter der rechten Ecke sind tatsächlich in der Lage das Bild in alle denkbaren Ausrichtungen in 90° -Schritten zu drehen und zu spiegeln. Eine etwas nerdige und fummlige, aber ultra-kompakte Lösung.

Image_Orientation

Frequency_ControlsDie großen Regler auf der rechten Seite des Bildes beeinflussen die Frequenzanteile des Outputs. Damping kommt nur bei dem String-Typus der Resonatoren zum Einsatz und beeinflusst das Ausklingverhalten der Obertöne in Abhängigkeit von der Frequenz und vom Grundton. Bei niedrigen Werten klingen die Obertöne gleich lang aus, wie der Grundton, bei höheren Werten wird das natürliche schnellere Ausklingen höherer Frequenzen simuliert. Er kennt verschiedene Modi, darunter auch einen Bandpass (!). Der Soft-Regler ermöglicht etwas ähnliches auch für die Spring-Resonatoren, allerdings nur über das gesamte Spektrum, die Grundtöne werden dabei nicht berücksichtigt. Hier gibt es verschieden stark eingreifende Modi.

Die zwei Drehregler darunter sind klassische Low Pass bzw. High Pass Filter, die hier seltsamerweise umgekehrt heißen, sie lassen sich mit verschiedenen Flankensteilheiten betreiben. Der Witz hierbei ist, dass sie sich jeweils vor- bzw. hinter die Resonatorbank schalten lassen – oder beides, also effektiv zu starke oder sonst wie störende Frequenzanteile im hohen oder tiefen Bereich wegfiltern können. Durch die manchmal unvorhersagbare nichtlineare Reaktion der Resonatoren, vor allem auf das externe Audiosignal kann das ganz nützlich sein.

Über diesen Reglern befindet sich ein Anzeigedisplay, in dem mit Kurven die durch den Mod-Regler eingestellten Kontrastverhältnisse im Bild (ähnlich der Gradationskurve in Photoshop) und die Abschwächung der hohen Frequenzanteile durch den Soft-Regler dargestellt werden.

Effekt oder Synthesizer?

Kaleidoscope ist beides, obwohl das Programm von vielen zunächst eher als Effekt verwendet wird, weil es auf einem Mix-Bus als Audio-Effekt platziert wird. Wenn weißes Rauschen aus dem internen Generator dazugemischt wird, verwandelt sich der Effekt nach und nach in einen Synthesizer, der zunehmend unabhängig vom Audio-Input wird. Bei 100 % kommt nur noch die rhythmische Energie durch und keine Tonhöheninformation mehr, bei 200% ist es ein reiner Synthesizer, die Resonatoren werden alle gleichmäßig mit Rauschen gefüttert. Die Bilder werden so abgespielt, wie sie aussehen, ohne Einfluss des externen Audiosignals.

Mit dem Dry-Regler lässt sich das unveränderte Signal dazumischen, White regelt den Anteil des internen weissen Rauschens, Wet stellt den Ausgangspegel des Signals aus den Resonatoren ein.

Als Audio-Effekt eingestellt kommt es sehr darauf an, welcher Natur das Audiomaterial ist, ob es eher perkussiv oder tonal ist und welche Frequenzbereiche es beinhaltet und auf was für ein Preset es trifft – je nachdem kann etwas völlig anderes dabei herauskommen.

Manchmal entstehen durch die Kombination von Audio, Bild und Einstellungen hohe Resonanzen, die starke Peaks im Ausgangspegel auslösen, die man nur durch das Herunterdrehen der Eingangs- oder Ausgangslautstärke oder die eingebauten Hoch/Tiefpassfilter in den Griff bekommt.

In seltenen Fällen gelingt das gar nicht. Es entstehen mitunter so seltsame Resonanzen/Vibrationen, dass in einem Extremfall meine Schreibtischlampe zu flackern begann, obwohl die Lautstärke aus den Boxen niedrig war – der Glühfaden geriet irgendwie in Schwingung. Tags darauf ging die Glühbirne beim Einschalten kaputt, obwohl neu. (Hey Mr. Souter You owe me a light bulb!)
Aber wie im Handbuch steht: Resonatoren bilden natürliche, nonlineare Systeme ab, die sich auch mal aufschaukeln können.

Ist der interne Rauschgenerator voll aufgedreht, sind so starke Peaks kaum mal zu verzeichnen, hier bestimmt ausschließlich das Bild den Verlauf des Volumens. Wobei der Unterschied in der Lautstärke zwischen Schwarz und einer vertikalen Pixelsäule mit voller Helligkeit auch maximal ist, das Ganze lässt sich aber leichter einpegeln.

Die Effekt-Presets

Als Effekt verwendet macht Kaleidoscope im Prinzip etwas Ähnliches, wie ein Vocoder, die Energie in den Frequenzbändern des Originals wird auf die Frequenzbänder der Resonatoren umgesetzt. Wobei hier der Vergleich schon anfängt zu hinken, denn das Tuning der Resonatoren kann ja etwas völlig anderes darstellen, als die kontinuierliche Abfolge von Frequenzen. Dazu kommt noch der „Nachhall“ der Resonatoren, je nach Einstellung, was im Endeffekt wiederum auf ein Delay hinausläuft…

Das Verhalten und die Ergebnisse von Kaleidoscope als Effekt stellt eher eine Mischung aus Vocoder/Gate/Delay/Reverb dar. Wobei der Großteil der Presets, außer den mit FX gekennzeichneten auch tatsächlich keine Voreinstellungen beinhalten, die als Effekt-Preset taugen, da entweder das Signal so stark durch das hohe Feedback „verschmiert“ wird, dass es gar nicht mehr erkennbar ist oder je nachdem, wie die Bilder aussehen so verhackstückt („gegated“) wird, dass nicht mehr viel davon zu hören ist.

Dennoch kommt es auf den Charakter des Signals an und es gibt einige Presets, die so viel von dem Audiomaterial durchlassen, dass sie interessante Ergebnisse bringen – wie immer bei Kaleidoscope lohnt sich das Ausprobieren.

Effekt-Video: Ein Drum-Loop und Sequenzen von Synthesizer, Gitarre und ein Pad-Sound werden durch verschiedene Presets gejagt. Zum Schluss wird immer White Noise auf 200% gestellt, damit man den Klang des Presets im Synth-Modus zum Vergleich hat.

Architecture Vol 1

Das Zusatzpaket Architecture Vol 1 zu Kaleidoscope wird als „unverzichtbar“ beworben. Man kann mit dem Factory-Content, der mit Kaleidoscope mitkommt, schon gut anfangen zu arbeiten. Aber wenn man das Zusatzpaket über die Library-Ordner drüberinstalliert hat, sind sie so viel voller und es sind in der Praxis doch erheblich mehr Wahl- und Kombinationsmöglichkeiten an Bildern und Skalen oder Wellenformen eröffnet, dass es schon einen wesentlichen Unterschied ausmacht. Ich vermute, die Mehrheit der Nutzer wird damit auf Jahre hinaus genug Material für Neukombinationen haben, sodass es nicht unbedingt notwendig ist, selbst etwas zu erstellen. Und das Architecture Vol 2 ist bereits in Arbeit…

Man kann durchaus auf dieser Ebene bleiben und sich mit den reichlich vorhandenen Elementen beschäftigen und damit einen großen Teil von dem erreichen, was überhaupt mit dem Programm möglich ist.

Eigene Bilder

Will man selbst Bilder für Kaleidoscope erstellen, muss man zwischen zwei Möglichkeiten unterscheiden: Mathematisch/Prozedural erzeugte Texturen und „selbst gemalten“ Bildern. Der allergrößte Teil der mit Kaleidoscope mitgelieferten Bilder ist mit dem Programm ArtMatic generiert, – das es leider nur für den Apple Mac gibt.

Eine Alternative auf dem PC ist „Filterforge Pro“ – das auch nahtlose Texturen mit fraktalen oder sonstigen Algorithmen erzeugt. Sie muten gänzlich anders an und können von daher eine interessante Alternative sein. Regulär ist die uneingeschränkte Vollversion viel zu teuer, aber sie machen regelmäßig Discounts bis hinunter zu 25%, die man gegebenenfalls abwarten müsste.

Interessante fraktale Strukturen lassen sich auch mit einem der vielen Fraktal-Programme erzeugen. Hier hat man allerdings das Problem, dass diese Bilder sich nicht nahtlos kacheln lassen (siehe Abschnitt unten). Sehr fortgeschritten Strukturen bringt Chaotica hervor. Eine freie Alternative ist das Programm: Apophysis 7x die weiterentwickelte Variante des originalen Flame-Fraktal-Programms.

Klassische Fraktale eignen sich manchmal auch: GNU XaoS , ChaosPro oder eines der anderen freien Programme: Zum Beispiel unter: http://fractalarts.com/ASF/download.html

Zudem findet man im Netz auch weitere Renderings von Fraktalen, die groß genug sind….

Mit selbst erstellten Bildern kann man z. B. völlig passgenaue Gatings oder Delays erzeugen. Wenn man ein Spektrogramm des Audiomaterials erstellt, in Photosounder oder z. B. Overtone Analyzer oder je nachdem mit einem Screenshot der Volumen-Wellenformen aus einem Audio-Editor, dann lässt sich in einer Bildbearbeitung wie Photoshop oder zur Not GIMP das Bild für Kaleidoscope rhythmisch genau daran anpassen.

Ist man so verwegen eigene Noten wie in einer Pianoroll für Kaleidoscope zu erzeugen, kommt man auch an einer Bildbearbeitung nicht vorbei.

Wenn man nicht immer einen Sprung erleben will, wenn der Abspielbalken das Ende des Bildes erreicht und am Anfang wieder heraus kommt, muss man das Bild am besten während der Produktion schon bei jedem Schritt auf eine nahtlose Bildkachel trimmen, die sich ohne Brüche in alle Richtungen endlos fortsetzen lässt. (Das Prinzip wird hier erklärt: Suche auf YouTube: „seamless Textures in Photoshop /Gimp“) (Beim Malen auf Ebenen genügt der erste Teil, die Offset-Methode und man muss gar nicht retuschieren, wenn man sich vom Bildrand fernhält)

Normale Fotografien von interessanten Strukturen lassen sich mit der gleichen Retusche-Methode nahtlos machen. Wenn man dann den Blaukanal entfernt hat man schon ein fertiges Bild, das man zum Klingen bringen kann.

Für frei gemalte Strukturen, die auch durchaus sinnvoll sein können, ist z. B. das freie Malprogramm Krita gut geeignet (In Krita gibt es sogar ein automatisches Modul für nahtlose Kacheln, das Wrap Around Tool:

Allerdings macht das freihändige Malen nur mit einem Grafiktablett und Stift richtig Spaß, die Maus ist als Pinselführung schlecht geeignet. Zum Malen machen erst Grafiktabletts ab einer Arbeitsfläche von ca. Din A5 Sinn, eine günstige Lösung ist z. B. das PERITAB-502, die Intuos Pro Tablets sind natürlich viel besser, aber auch entsprechend teurer.

Die Möglichkeiten, die sich mit einem vektorbasierten Grafikprogramm wie Illustrator oder alternativ das freie Inkscape für Kaleidoscope ergeben habe ich aus Zeitgründen erst mal nur angedacht – aber ich ahne, dass da einiges geht.

Einige exotische Experimente machte ich mit „Flame Painter Free“ einem Internet-basierten Spezialprogramm, das auf fraktalen Flame-Algorithmen basierende wunderhübsche Schlierenbilder erzeugt. Auch ganz nett. Das Pro-Desktop-Programm bietet weiter gehende Möglichkeiten.

Flamesound_03

Arbeitsweise

Kaleidoscope ist kein Live-Werkzeug. Mit einem schnellen Rechner kann man zwar in Echtzeit in kaum schlechterer Qualität, als bei den hohen Oversampling-Einstellungen für das Offline-Rendering die meisten Presets vorhören – außer für eine hohe Anzahl von String-Resonatoren – aber die Veränderung der Werte der meisten Regler führt zu Knacksern und Glitches. Auch eine Automation der der Parameter, wie Feedback, Mod und sogar der Filter, die den Frequenzgang beschneiden ist nicht möglich.

Der hohe Ressourcen-Hunger des Programms verhindert es mehrere Instanzen gleichzeitig mit anspruchsvollen Presets in einer DAW gleichzeitig zu nutzen. Auf extrem schnellen (8-16-fach) Mehrkern-Workstations geht heute schon mehr, aber darüber werden die wenigsten verfügen.
Kaleidoscope ist in erster Linie ein Lieferant von außergewöhnlichen Klängen, die dann zwar schon ein fertiger komplexer Hintergrund-Sound sein können, in vielen Fällen wird man diesen Klang aber in verschiedenen Tonhöhen oder Tunings abspeichern, und als Audio-Track oder in einem Sampler weiter verwenden.

Wenn man die passenden Einstellungen für einen Effekt gefunden hat oder die richtigen Bilder und Modifikationen für den Synth-Modus und ein Offline-Rendering durchführt, wird man das möglicherweise schon mitsamt einer kompletten Effekt-Kette dahinter tun. Simon Stockhausen zeigt in seinen Preset-Design Videos sehr anschaulich, was Effekte aus dem Kaleidoscope-Output zaubern können:

(Simon Stockhausen hat inzwischen schon angekündigt, dass es künftig seine Kaleidoscope-Presets auf Subskriptions-Basis geben wird).

Man kann zwar, wie Andrew Souter mit seinen Wayfarer-Tracks in der Kaleidoscope-Playlist auf der Produktseite oder hier auf Soundcloud

eindrucksvoll belegt nur mit dem Synth-Modus von Kaleidoscope und einem Reverb ein ganzes Ambient-Album bestreiten, aber die volle Wirkung erreicht Kaleidoscope mit den passenden Effekten.

Die Produktion mit Kaleidoscope läuft also eher in Stufen mit einer Preset-Design Phase, dem Rendering der Audiofiles und ihrer Weiterverwendung in der DAW ab. Ein direktes Einspielen, wie bei einem analogen Synthesizer ist kaum möglich.

Zur Arbeitsweise und Philosophie hinter dem Programm steht einiges in dem „Manifest“ auf der Produkt-Seite, zu seiner Entstehung und der Gründung der Firma 2CAudio erfährt man genauere Hintergründe in einem Interview mit Andrew Souter. In Deutschland würde ja heutzutage ein Kind mit den Anlagen und Fähigkeiten von Andrew Souter schon in jungen Jahren unter „hochbegabt“ laufen, und wenn es Glück hätte, die entsprechende Förderung erhalten. -Nun, er hat es auch so geschafft.

Fazit

Der Slogan von Kaleidoscope lautet: „It’s a trip…“ und für mich persönlich kann ich nur sagen, dass er voll zutrifft. Es ist nicht nur visuell das hypnotischste Programm, das mir je begegnet ist, sondern es eröffnet beim Sound Design völlig neue Möglichkeiten. Von daher trifft auch der Anspruch von 2CAudio zu, dass Kaleidoscope in seinem Feld einen Meilenstein in der Industriegeschichte darstellt, ich sehe das ebenso, es ist nicht übertrieben, in der Entwicklung der Spektralen Synthese ist Kaleidoscope unübersehbar ein großer evolutionärer Schritt.

Wie ich schon zu Anfang schrieb: dieses Programm ist nicht für jeden interessant, sondern die Arbeitsweise und das musikalische Feld, in dem man sich bewegt, muss passen. Der Live-Musiker, Rocker, Pop-Produzent wird eher weniger mit Kaleidoscope anfangen. Bei EDM kann das Programm neue Klänge beitragen, setzt aber einen eher auf die Vorproduktion von Sounds und das passgenaue Editieren von Effekten ausgerichteten Produktionsprozess voraus.

Für alle, die sich mit Komposition und Sound Design für Film- und Games beschäftigen, kann es bei entsprechender Auseinandersetzung ein großer Gewinn sein. Und für diejenigen, die sich mit Ambient oder experimentelle Musik beschäftigen ist es gar keine Frage, hier bekommen sie ein neuartiges Kreativwerkzeug in die Hände – wobei Tüftler und Bastler im Vorteil sind: Die Erforschung des Programms mit eigenen Bildern eröffnet tiefe Pfade in unbekannte Klanglandschaften.

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