//
запись...

Все статьи

Частотная модуляция


Частотная модуляция, FM-синтез (Frequency Modulation, FM-synthesis) — это тип синтеза, при котором тембр звука формируется воздействием одной простой волны на другую с целью изменения ее частоты. Под воздействием частотной модуляции возникают более спектрально богатые и сложные звуки, которые невозможно получить другими типами синтеза.

Посредством частотной модуляции практически невозможно воссоздать звуки живых акустических инструментов, таких как рояль, саксофон, скрипка. В определенной степени к имитации звучания можно приблизиться, и таким образом получить своеобразные синтетические альтернативы акустическим тембрам, не претендуя на полную имитацию. Однако, наиболее интересно частотная модуляция проявляет себя как индивидуальный, ни на что не похожий тип синтеза. Благодаря ей появляется возможность получить уникальные, часто непредсказуемые звуки, способные обогатить палитру Вашей аранжировки.

История

Принцип частотной модуляции описал в 1933 году Эдвин Армстронг (Edwin Armstrong, США), технологию синтеза посредством частотной модуляции разработал Джон Чоунинг (John Chowning) в 1973 году. В 1975 эта разработка была запатентована на Стэнфордский Университет, а в 1977 году все права на нее получила фирма Yamaha, которая вскоре закрепилась как монополист в области этого типа синтеза.

С этого времени года Yamaha была единственной компанией, имевший лицензию на использование разработок Джона Чоунинга. Однако, в 1995 году срок действия патента истек, и возможностями частотной модуляции стали оснащаться синтезаторы и других фирм. За этот срок патент принес фирме Yamaha 20 миллионов долларов.

Примечательно, что еще до момента изобретения Чоунингом этого алгоритма, элементы частотной модуляции применял в своих синтезаторах Дон Букла (Don Buchla). Некоторые из модулей его модулярных систем были оснащены модуляционными осцилляторами, с помощью которых можно было изменять сигнал других осцилляторов посредством частотной и амплитудной модуляции. В отличие от технологий Ямахи, Букла предлагал аналоговые решения. Ну и было это еще в середине 60-х годов 20-го столетия.

Предпосылки и понятия

Модуляцей называется воздействие одного сигнала на другой с целью изменения его формы. Сигнал, осуществляющий модуляцию, называется модулирующим, а сигнал, который подвергается воздействию модуляции — несущим.

Существуют различные виды модуляции сигнала. Наиболее часто в синтезаторах применяется модуляция посредством низкочастотного осциллятора (LFO). В зависимости от направления модуляции, с помощью LFO, например, можно получить эффект вибрато по высоте (если воздействие происходит на частоту сигнала), громкости (воздействие на амплитуду, называется также тремоло) или тембру (воздействие на спектр посредством фильтра).

Однако, несмотря на большую значимость модуляции низкочастотным осциллятором для исполнительской выразительности, это самый примитивный пример модуляции.

FM-синтез предполагает более сложную систему взаимодействия генераторов волн, и обычно в синтезаторах этого типа используется не менее 4 осцилляторов, с подачи Yamaha в данном контексте именуемых «операторами».

Технология

Для того, чтобы понять, что происходит со звуковой волной под воздействием частотной модуляции, и чем она отличается от амплитудной, достаточно взглянуть на картинку. В первом случае мы видим, что по определенной функции изменяется амплитуда колебаний несущей волны, а во втором — частота. В отличие от модуляции посредством LFO, при котором частота самого модулирующего сигнала обычно остаетя за рамками воспринимаемого человеческим ухом диапазона, в случае FM-синтеза модулятор и сам попадает в этот диапазон. А поскольку каждый из задействованных операторов может модулировать другие, возникает огромное разнообразие возможных тембральных оттенков. Один сигнал усложняет другой посредством частотной модуляции, второй, в свою очередь, воздействует на третий, и так далее.

Очевидно, что для осуществления таких сложных операций возможности аналоговых синтезаторов были слишком скудными, а потому становление и развитие ФМ-синтеза стало возможным только с приходом эпохи цифровых синтезаторов.

Инструменты

Первое появление частотной модуляциии на рынке синтезаторов связывают с инструментом Synclavier фирмы New England Digital (NED) в 1975 году.

Однако уже в начале 80-х Yamaha выпускает один из самых значимых для истории синтезаторостроения и для электронной музыки в целом инструмент — Yamaha DX7 с применением технологии FM-синтеза. Звук DX7 формируется посредством взаимодействия шести операторов по заданным алгоритмам.

Каждый оператор генерирует синусоидальную волну (sine wave) задаваемой частоты.
Возможность получения широкого спектра звуков, полифония 16 голосов, стабильность в работе, легкий вес и доступная цена — все эти факторы сделали «семерку» самым продаваемым инструментом в мире, а фирму Ямаха — вытолкнули в лидеры индустрии клавишных инструментов.

К недостаткам этого инструмента многие относят сложность программирования. Действительно, работа с этим инструментом не имеет ничего общего с программированием аналоговых синтезаторов, но при определенных навыках и опыте результат может быть очень интересным.

Правда, главной характерной чертой FM-синтеза всегда была непредсказуемость результата — можно получить много хороших звуков, но практически нельзя предугадать, к чему приведут эксперименты. Попытку разрешения проблемы программирования синтезаторов серии DX предприняла фирма Jellinghouse Music Systems (JMS), выпустив на рынок программатор (см. фото ниже). Этот прибор дает доступ практически ко всем параметрам синтеза привычным для всех саунд-дизайнеров методом. К сожалению, этих приборов было выпущено всего лишь 25 штук, и приобрести себе экземпляр практически не представляется возможным.

Позже последовали различные модификации DX7, в том числе настольная версия TX7, мультитембральные клавишные версии DX7S, DX7IID, DX7IIFD и рэковая TX802, а также другие инструменты с иным количеством операторов (например, модель DX11 и ее рэковая версия TX81Z имеют 4 оператора). Другая модель этого же ряда, DX5, имела два тон-генератора DX7 в одном корпусе, а рэковый монстр TX816 — сразу аж восемь!

Кроме того, был выпущен монст-синтезатор с шестиоктавной полновзвешенной клавиатурой и дополнительным большим светодиодным дисплеем для отображения алгоритмов FM-синтеза и других параметров — Yamaha DX1 (на картинке). По архитектуре он ничем не отличался от DX5, в нем также содержалось два тон-генератора DX7. Но поскольку выпущено было всего 140 экземпляров DX1, цена на него сегодня достигает 15 тысяч долларов.

Последующие разработки Ямахи в этой области оказались не менее интересными, в 1990 году выходит легендарный SY77 и его рэковая версия TG77, а потом и более навороченный SY99. Эти инструменты от предшественников отличало, главным образом, наличие фильтров, которые давали инструментам все возможности субтрактивного синтеза, а также использование семплированных звуков (AWM), которые можно смешивать со звуками, синтезированными путем частотной модуляции. Кроме того, на борту этих инструментов был встроенный процессор эффектов, которого так не хватало ранним моделям.

Вершиной FM-синтеза от Yamaha стал модуль FS1R, заключавший в себе возможности 8-операторного ФМ и формантного синтеза (Formant Shaping Synthesis). Однако, как это случилось и с многими другими синтезаторами конца 90-х, уникальная научная разработка не была оценена по достоинству пользователями и через год инструмент был снят с производства.

Другие производители также задействовали FM-синтез в своих разработках, правда, поскольку патентом на технологию обладала Ямаха, в названиях приходилось использовать другую терминологию, чтобы избегать конфликтов.

Например, фирма Casio в середине 80-х выпустила серию синтезаторов CZ, с типом синтеза, схожим с частотной модуляцией, но названным Phase Distortion Synthesis (синтез фазовых искажений). Фазовая модуляция — это одна из разновидностей частотной модуляции. Частота при этом типе модуляции остается неизменной, но происходит воздействие на фазу волны, что позволяет также достигать интересных результатов.

Фирма Korg в 1987 году представила модель DS-8, работающую на основе 4-операторного FM-синтеза и снабженную цифровыми эффектами. Окрас инструмента очень своеобразный, индивидуальный, но имеющий некоторые сходства с Ямахами — конечно же, благодаря технологии синтеза.

С НОВЫМ ГОДОМ

Уважаемые читатели блога! Поздравляю всех с наступающим Новым годом. Желаю осуществления самых смелых музыкальных идей, достижения самых амбициозных целей, приобретения самых нужных и долгожданных инструментов. Пусть Ваши знания множатся и расширяются, и я в этом постараюсь Вам содействовать, по мере возможностей.

Помимо новых статей, я буду размещать в блоге некоторые материалы, ранее опубликованные на других ресурсах. Эти материалы, как и статья, которую Вы сейчас читаете, будут дополняться актуальной информацией, а где-то и уточняться.

Кроме того, приглашаю всех дружить в моем блоге в Живом Журнале. Все запросы о дружбе от людей, искренне интересующихся музыкой, синтезаторами и всеми сопутствующими темами, будут обязательно одобрены. Также, в ЖЖ я буду публиковать некоторые истории, связанные с гастрольными поездками, фотоотчеты, и так далее, в общем — разные интересности, напрямую не связанные с техникой и технологиями.

Как и раньше, по всем непонятным моментам Вы можете спросить уточнения в комментариях в этом блоге, в ЖЖ или в группе о синтезаторах ВКонтакте. Ну, а чтобы не пропустить появления новых материалов — всегда можно подписаться на обновления блога.

С Новым годом и до встречи в новом году!

© Алексей Данилов
Оригинал статьи
При перепечатывании ссылка на источник обязательна.

Интересное: