【原】【咖友分享专栏】FM合成简介

鹦鹉咖 2020-08-22

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今天我们要来跟大家聊的是FM，文章还是有C+鹦鹉同学为大家搬运译制，感谢~~~本文有多处音频示例，因为微信对于上传音频文件的限制所以没有贴出来，感兴趣的同学可以通过文末的原文地址查看。

FM（Frequency Modulation，频率调制）合成背后的思想首次是被John Chowning在他划时代的论文《The Synthesis of Complex Audio Spectra by Means of Frequency Modulation》（通过频率调制合成复杂波谱）里阐述了的。Yamaha从Chowning手上买来了专利，并且开始在70年代后期生产数字合成器原型。在80年代早期他们发布了DX系列，并且DX7成了最畅销的一款。这个划时代的产品迎来了从物理到数字技术的过渡。(Russ 28)讽刺的是，30年后我们发现自己处在物理器材复兴之中，音乐家们在数字音频诞生之时也在同样丰富的展会上深拓物理器材市场。

FM或者说Frequency Modulation合成是基于至少两个振荡器的。一个载波（就是发声的原始波形），一个调制。载波频率与音高和基频关系最大，并且通常可以用键盘或其他MIDI输入来控制。调制频率用于通过某个特定的调制速率和强度或指数（index）来改变载波。

“调制指数直接与被调制器振幅划分的载波频率峰值的变化有关。对于任何指定的调制器频率，是调制指数（也可以认为是调制器振幅）决定了输出信号频谱上每个部分的振幅。”（Music）

峰值偏差是一个在载波频率附近上下偏差的周期数，并且直接与调制振荡器的振幅成比例。所以即使是在最简单的FM情况中，额外用于改变调制器和载波器振幅的包络可以极大的影响结果音色。

这种（合成）方式的核心是边带频率（sideband）的概念。这些是在频率调制期间生成的不同音色的叠加。那么下面一例是个简单正弦频率调制，fc是载波频率，而fm是调制频率。

（A为振幅）

一个Operator（一个Yamaha发明的术语）组合了一个振荡器（Oscillator）、包络（Envelope）和放大器（Amplifier，DCA或VCA）。（Russ 268）更复杂的FM系统可以有几个以不同方式互相连接的Operator。DX系列有6个能以32种配置连接的Operator，它可以包含多个载波器、多个调制器、多个成对调制器和载波器、反馈系统、叠层和加法系统还有各种组合。

下面有8个例子，更多例子可以在下方链接中找到，每个序号代表一个Operator以不同的方式连接：

（更多例子https://www./forum?controller=attachment&task=displayFile&tmpl=component&id=376）

增加使用除了正弦波之外的波形，以及组合、路由Operator就像多个调制器和载波器那样，就当前的CPU而言可以消耗相对较低的运算力来创造出极其复杂的声音。

载波器和调制器上的频率关系不需要和谐相关（PS：比如加法合成『传送门』），它引入了另一种来源的音色，而且可以创造出丰富的非和谐质感。

下面是一些例子，描述了它们是如何产生的：

Variations in Modulation Frequency 不同调制频率

Example 1: 5 Sec Ramp: 0 to 6Hz Mod Freq (220Hz Carrier / 20Hz Peak Deviation)

例1： 5秒坡度：0-6Hz调制频率（220Hz载波/20Hz峰值偏离）

（音频示例1）

Example 2: 10 Sec Ramp: 0 to 60Hz Mod Freq (220Hz Carrier / 100Hz Peak Deviation)

例2： 10秒坡度：0-60Hz调制频率（220Hz载波/20Hz峰值偏离）

（音频示例2）

Example 3: 10 Sec Ramp: 0 to 600Hz Mod Freq (220Hz Carrier / 100Hz Peak Deviation)

例3： 10秒坡度：0-600Hz调制频率（220Hz载波/20Hz峰值偏离）

（音频示例3）

Example 4: 10 Sec Ramp: 0 to 6000Hz Mod Freq (220Hz Carrier / 100Hz Peak Deviation)

例4： 10秒坡度：0-6000Hz调制频率（220Hz载波/20Hz峰值偏离）

（音频示例4）

Variations in Peak Deviation (Intensity) 不同峰值偏离

Example 5: 10 Sec Ramp: 0 to 100Hz Peak Deviation (220Hz Carrier / 10Hz Mod Freq)

例5： 10秒坡度：0-100Hz峰值偏离（220Hz载波/10Hz调制频率）

（音频示例5）

Example 6: 10 Sec Ramp: 0 to 1000Hz Peak Deviation (220Hz Carrier / 10Hz Mod Freq)

例6： 10秒坡度：0-1000Hz峰值偏离（220Hz载波/10Hz调制频率）

（音频示例6）

Example 7: 10 Sec Ramp: 0 to 10000Hz Peak Deviation (220Hz Carrier / 10Hz Mod Freq)

例7： 10秒坡度：0-10000Hz峰值偏离（220Hz载波/10Hz调制频率）

（音频示例7）

Example 8: 10 Sec Ramp: 0 to 100Hz Peak Deviation (220Hz Carrier / 440Hz Mod Freq)

例85： 10秒坡度：0-100Hz峰值偏离（220Hz载波/10Hz调制频率）

（音频示例8）

Example 9: 10 Sec Ramp: 0 to 1000Hz Peak Deviation (220Hz Carrier / 440Hz Mod Freq)

例9： 10秒坡度：0-1000Hz峰值偏离（220Hz载波/10Hz调制频率）

（音频示例9）

Example 10: 10 Sec Ramp: 0 to 10000Hz Peak Deviation (220Hz Carrier / 440Hz Mod Freq)

例10： 10秒坡度：0-10000Hz峰值偏离（220Hz载波/10Hz调制频率）

（音频示例10）

Variations in Modulation Frequency and Peak Deviation 不同调制频率和峰值偏离

Example 11: 10 Sec Ramp: 0 to 100Hz Peak Dev. and 0 to 60Hz Mod Freq (220Hz Carrier)

例11： 10秒坡度：0-100Hz峰值偏离和0-60Hz频率调制（220Hz载波）

（音频示例11）

Example 12: 10 Sec Ramp: 0 to 1000Hz Peak Dev. and 0 to 600Hz Mod Freq (220Hz Carrier)

例12： 10秒坡度：0-1000Hz峰值偏离和0-600Hz频率调制（220Hz载波）

（音频示例12）

Example 13: 10 Sec Ramp: 0 to 10000Hz Peak Dev. and 0 to 6000Hz Mod Freq (220Hz Carrier)

例13： 10秒坡度：0-10000Hz峰值偏离和0-6000Hz频率调制（220Hz载波）

（音频示例13）

Variations Mod Freq, Peak Deviation and Carrier 不同调制频率、峰值偏离和载波

Example 14: 10 Sec Ramp: 0 to 100Hz Peak Dev. | 0 to 60Hz Mod Freq | 100 to 300 Hz Carrier

例14： 10秒坡度：0-100Hz峰值偏离|0-60Hz频率调制|100-300Hz载波

（音频示例14）

Example 15: 10 Sec Ramp: 0 to 100Hz Peak Dev. | 0 to 600Hz Mod Freq | 100 to 900 Hz Carrier

例15： 10秒坡度：0-100Hz峰值偏离|0-600Hz频率调制|100-900Hz载波

（音频示例15）

Example 16: 10 Sec Ramp: 0 to 100Hz Peak Dev. | 0 to 6000Hz Mod Freq | 100 to 2000 Hz Carrier

例16： 10秒坡度：0-100Hz峰值偏离|0-6000Hz频率调制|100-2000Hz载波

（音频示例16）

上面给出的例子中没有使用任何包络并且都只用了两个简单的正弦波，你可以想象当引进更多复杂元素时的可能性，比如不同的波形、包络和参数调制。

在Logic Pro、Ableton Live Suite、Pro Tools和许多其它宿主以及效果平台上都有很多原装插件，只使用FM合成或者组合了其它的合成方法。它们可以用于所有东西，从暴躁的Bassline到乐器音色、铃声质感和渐进的低音。下面是一些值得一看的流行乐器：

Logic Pro — ES 2, EFM 1 and Retro Synth

Ableton Live Suite — Operator

Pro Tools — Xpand!2

Reason — Thor Polyphonic Synthesizer, PX7 FM (extra cost)

Native Instruments — FM8, Massive

u-he — Bazille

在iOS上也有很多选择。

注：如果你还没有浏览过市场上数量繁多、性能过剩的音乐app，现在是时候看一下了！它们的音频值量很卓越，而且如果app不免费的话价格也会非常非常低。而且基本上你可以一次性获得二合一的应用程序和控制器。配合像iConnectAUDIO+4这样的音频接口你可以在宿主里无缝输入输出音频和MIDI。以后的文章会写更多关于这个的。

同时，这里是一些提供基于FM的IOS市场上的app，以供浏览：

TF7 Synth

Dxi FM Synthesizer

FM4

iYM2151

Stria

Cassini Synthesizer

xMod

PS：

没看懂的话看这张图片就简单很多了。上面的绿色是原始正弦波形，红色的是用于调制原波形频率的调制波形，下面蓝色是输出的正弦波。红色调制波形的振幅正向最大的地方，就会让原波形频率变高，对应到蓝色里就是变紧凑了；反之则变疏松了；红色振幅为0时蓝色波形频率与绿色保持一致没有改变。FM针对的频率，所以振幅并没有改变。

（图片来源：wiki百科FM调制词条）

参考文献

Chowning, John M. “The Synthesis of Complex Audio Spectra by Means of Frequency Modulation.” Computer Music Journal 1.2 (1977): 46-54. Ccrma.stanford.edu. Ccrma.stanford.edu, 2007. Web. June-July 2017.

Cipriani, Alessandro, and Maurizio Giri. Electronic Music and Sound Design Theory and Practice with Max/MSP. Vol. 1. Rome: ConTempoNet, 2010. Print.

Cipriani, Alessandro, and Giri Maurizio. Electronic Music and Sound Design. Theory and Practice with Max. Vol. 2. N.p.: n.p., 2014. Print.

“Frequency Modualtion.” Frequency Modulation (FM). N.p., n.d. Web. 11 June 2017.

“MUSIC TECHNOLOGY.” Frequency Modulation (FM) Synthesis. N.p., n.d. Web. 11 June 2017.

Reid, Gordon. “Synth Secrets, Part 12: An Introduction To Frequency Modulation.” Synth Secrets, Part 12: An Introduction To Frequency Modulation. Sound on Sound Magazine, n.d. Web. 09 June 2017.

Reid, Gordon. “Synth Secrets, Part 13: More On Frequency Modulation.” Synth Secrets, Part 13: More On Frequency Modulation. Sound on Sound Magazine, n.d. Web. 09 June 2017.

Roads, Curtis. The Computer Music Tutorial. Cambridge, Mass.: MIT, 2012. Print.

Russ, Martin. Sound Synthesis and Sampling. New York, NY: Focal, 2013. Print.

Winer, Ethan. Audio Expert. Place of Publication Not Identified: FOCAL, 2017. Print.

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原文地址：https:///fm-synthesis/