FM合成是什么?一文讀懂:簡介和原理(上)



"旋鈕、推子都去哪兒了?" 難怪雅馬哈的DX7(和DX9)在1983年發(fā)布時,引起了如此的擔(dān)憂。所有熟悉的控制器都不見了,取而代之的是兩行粗曠的按鈕,和一個單一的 "數(shù)據(jù)輸入"推子……
出現(xiàn)這種變化,是因為DX7使用了一種全新的合成方法——FM調(diào)頻合成,這意味著它可以產(chǎn)生全新的聲音???,琴上上面有64個精彩示例音色可以使用!
但是,許多DX7用戶便止步于此了......也許這些聲音實在是太好聽了,無法被超越?更有可能的是,DX7刻板的界面,以及FM的抽象、經(jīng)常反直覺特點,使FM合成的學(xué)習(xí)曲線接近于垂直......
但實際上,并不需要這樣。掌握一些FM基本知識,你就可以像設(shè)計師Eno一樣,調(diào)整你的FM合成器。
FM背后的基本原理,其實在模擬領(lǐng)域也很常見。從本質(zhì)上講,F(xiàn)M合成采用一個簡單的波型(通常是正弦波),通過調(diào)制它來改變其音色。如果你曾經(jīng)用LFO應(yīng)用于振蕩器的音高來創(chuàng)造顫音,那么你其實已經(jīng)做過了最基本的FM合成。
不同的是,調(diào)頻合成器使用的是音頻頻率級別的(更快的、可聽的)振蕩器,而不是LFO的低頻率。這種頻率的調(diào)制在模擬領(lǐng)域也很常見;像Arturia的MiniBrutes、Moog DFAM或IK UNO Synth Pro這樣的合成器,都可以讓用戶通過一個模擬振蕩器來調(diào)制另一個振蕩器的音高,從而創(chuàng)造一種簡單的FM合成。
那么,如果FM是模擬合成器常見的一種形式,為什么我們會把FM合成與數(shù)字樂器聯(lián)系起來呢?其實,日常中真正的 "FM合成器"的樂器,僅僅采用了這一概念,實際上,它們使用了更復(fù)雜的路由和專用包絡(luò),以精細地調(diào)整每個振蕩器之間的關(guān)系。
如果要實現(xiàn)如此精確、穩(wěn)定的調(diào)諧和復(fù)雜的合成過程,通常來講,只有DSP驅(qū)動的樂器才能做到。

首先,讓我們來解決一些專業(yè)術(shù)語。op(操作器/運算器)"本質(zhì)上是FM振蕩器的術(shù)語。在經(jīng)典的FM合成器中,這些通常是正弦波,F(xiàn)M OP和模擬風(fēng)格的振蕩器之間的關(guān)鍵區(qū)別是,每個OP都有自己的放大器包絡(luò),這意味著,它可以在被路由到輸出或調(diào)制另一個op之前,進行單獨設(shè)置。
op分為 "載波"(carrier)和 "調(diào)制波"(modulator)兩類。載波控制輸出的op,這意味著它們可以在完成的聲音中聽到,調(diào)制波控制載體的音高,所以我們只聽到它們調(diào)制的效果,而不是調(diào)制波本身的輸出。
這些op的安排模式,是由所謂的 "算法 "控制的,它基本上是一張流程圖,表明哪些op被指定為載波或調(diào)制,以及每個op被路由到哪里。
op運算器和對應(yīng)模擬振蕩器的另一個關(guān)鍵區(qū)別是,op調(diào)諧通記為一個比率數(shù)字。這些都是諧波比——即把傳入的音高乘以某個數(shù)字。
將op調(diào)到 "2:1",相當(dāng)于 "2倍"的音高,這意味著,它將比調(diào)到 "1"的調(diào)制波高一個八度。調(diào)到3:1的op將比原始音高高一個八度和五度;4:1是兩個八度,5:1是兩個八度外加三分之一。
這些比例,結(jié)合各個包絡(luò),是FM聲音設(shè)計的關(guān)鍵。用一個比例較高的調(diào)制波調(diào)制一個1:1的載波,可以聽到它增加了高頻的諧波內(nèi)容。
用調(diào)制器的包絡(luò)引入一個緩慢漸變的Attack音頭或短暫Decay衰減,可以聽聽,調(diào)制過程是如何使聲音隨時間變化的。
什么時候適合使用FM合成?
FM的聲音通常與“金屬”或“清脆”聲音有關(guān):例如深厚的Pad、鈴聲鐘聲和類打擊樂聲音。FM對低音也很有幫助——FM合成器的穩(wěn)定性和寬廣的調(diào)諧范圍,意味著它們可以創(chuàng)造出非常強大的低頻。
FM合成在打擊樂方面的性能也很夠。事實上,每個op都有自己的包絡(luò),可以對打擊樂聲音的attack和decay元素進行大量的控制,這對于創(chuàng)造底鼓、镲或金屬打擊樂的聲音是非常有用的。
