Frekans modülasyonu sentezi - Frequency modulation synthesis

2 operatör kullanarak FM sentezi
2op FM.svg
440 Hz modüle edici ton f m ile modüle edilmiş 220 Hz taşıyıcı ton f c , çeşitli frekans modülasyon indeksi seçenekleri , β . Zaman alanı sinyalleri yukarıda gösterilmiştir ve karşılık gelen spektrumlar aşağıda gösterilmiştir ( dB cinsinden spektrum genlikleri ).
Her β için dalga biçimleri

Frekans modülasyonudemo-td.png

Her β için spektrum

Frekans modülasyonudemo-fd.png

Frekans modülasyon sentezi (veya FM sentezi ), bir modülatör ile frekansını modüle ederek bir dalga formunun frekansının değiştirildiği bir ses sentezi şeklidir . Bir osilatörün frekansı, " bir modülasyon sinyalinin genliğine göre" değiştirilir .

FM sentezi hem harmonik ve oluşturabilirsiniz inharmonic sesler. Harmonik sesleri sentezlemek için, modüle edici sinyalin orijinal taşıyıcı sinyalle harmonik bir ilişkisi olmalıdır . Frekans modülasyonu miktarı arttıkça, ses giderek karmaşıklaşır. Taşıyıcı sinyalin (yani harmonik olmayan) tamsayı olmayan katları olan frekanslara sahip modülatörlerin kullanılması yoluyla, harmonik olmayan çan benzeri ve vurmalı spektrumlar oluşturulabilir.

Analog osilatörler kullanan FM sentezi , perde kararsızlığına neden olabilir. Bununla birlikte, FM sentezi, daha kararlı ve standart uygulama haline gelen dijital olarak da uygulanabilir. Dijital FM sentezi ( faz modülasyonu olarak uygulandı ), 1974 gibi erken bir tarihte başlayan çeşitli müzik aletlerinin temeliydi. Yamaha , 1980'de Yamaha GS-1'i ticari olarak piyasaya sürmeden önce, 1974'te FM sentezine dayalı ilk prototip dijital sentezleyiciyi yaptı . Synclavier 1978'den başlayarak New England Digital Corporation tarafından üretilen I , Yamaha'dan lisanslı bir FM sentez algoritması kullanan bir dijital FM sentezleyici içeriyordu. Yamaha'nın 1983'te piyasaya sürülen çığır açan DX7 synthesizer'ı, 1980'lerin ortalarında FM'i sentezin ön saflarına taşıdı.

FM sentezi, doksanların ortalarına kadar oyunlar ve yazılımlar için olağan ortam haline gelmişti. Gibi ses kartları aracılığıyla AdLib ve Sound Blaster , IBM PC'ler popüler Yamaha gibi cips OPL2 ve OPL3 . OPNB, SNK Neo Geo tarafından işletilen oyun salonlarında (MVS) ve ev konsolunda (AES) ana temel ses üreteci kartı olarak kullanıldı . Taito Z Sistemi için kullanımda Daha sonra varyant . İlgili OPN2, Fujitsu FM Towns Marty ve Sega Genesis'te ses üreteci çiplerinden biri olarak kullanıldı. Benzer şekilde Sharp X68000 ve MSX ( Yamaha bilgisayar ünitesi ) de FM tabanlı ses çipi OPM'yi kullanır.

Tarih

1960'lar - 1980'ler

20. yüzyılın ortalarına gelindiğinde, ses taşımanın bir yolu olan frekans modülasyonu (FM) onlarca yıldır anlaşılmıştı ve radyo yayınlarını yayınlamak için kullanılıyordu . FM sentezi 1960'larda Stanford Üniversitesi , California'da analog sentezden farklı sesler yaratmaya çalışan John Chowning tarafından geliştirildi . Onun algoritması 1973'te Japon şirketi Yamaha'ya lisanslandı. Yamaha tarafından ticarileştirilen uygulama (ABD Patenti 4018121 Nisan 1977 veya ABD Patenti 4,018,121) aslında faz modülasyonuna dayanmaktadır , ancak sonuçlar matematiksel olarak eşdeğerdir, çünkü her ikisi de esasen özel bir durumdur. karesel genlik modülasyonu .

Dijital frekans modülasyon sentezi John Chowning tarafından geliştirildi

Yamaha'nın mühendisleri, Chowning'in algoritmasını ticari bir dijital sentezleyicide kullanılmak üzere uyarlamaya başladılar ve frekans modülasyonu sırasında analog sistemlerde normalde meydana gelen bozulmanın ortaya çıkmasını önlemek için "anahtar ölçekleme" yöntemi gibi iyileştirmeler eklediler , ancak Yamaha'nın piyasaya sürülmesi birkaç yıl alacaktı. FM dijital sentezleyiciler. 1970'lerde, Yamaha'ya, şirketin eski adı "Nippon Gakki Seizo Kabushiki Kaisha" altında, Chowning'in çalışmalarını geliştiren bir dizi patent verildi. Yamaha , 1974'te ilk prototip FM dijital sentezleyiciyi üretti. Yamaha, sonunda 1980'de piyasaya sürülen ilk FM dijital sentezleyici Yamaha GS-1 ile FM sentez teknolojisini ticarileştirdi.

FM sentezi, ilk nesil dijital sentezleyicilerin bazılarının, özellikle de Yamaha'dan gelenlerin ve Yamaha lisansı altındaki New England Digital Corporation'ın temeliydi. Yamaha'nın 1983'te piyasaya sürülen DX7 sentezleyicisi, 1980'ler boyunca her yerdeydi. Yamaha'nın diğer birkaç modeli, bu on yıl boyunca FM sentezinin varyasyonlarını ve evrimlerini sağladı.

Yamaha, 1970'lerde FM donanım uygulamasının patentini alarak 1990'ların ortalarına kadar FM teknolojisi pazarını neredeyse tekelleştirdi. Casio , CZ sentezleyici yelpazesinde kullanılan, faz distorsiyon sentezi adı verilen ilgili bir sentez biçimi geliştirdi . DX serisine benzer (ancak biraz farklı türetilmiş) bir ses kalitesine sahipti. Don Buchla , 1960'ların ortalarında, Yamaha'nın patentinden önce enstrümanlarına FM uyguladı. Onun 158, 258 ve 259 ikili osilatör modülleri, belirli bir FM kontrol voltajı girişine sahipti ve model 208 (Music Easel), birincil osilatörün AM'sinin yanı sıra FM'ye izin vermek için kablolu bir modülasyon osilatörüne sahipti. Bu ilk uygulamalar analog osilatörler kullanıyordu ve bu yeteneği Minimoog ve ARP Odyssey dahil olmak üzere diğer modüler sentezleyiciler ve taşınabilir sentezleyiciler de takip etti .

1990'lar - mevcut

1995 yılında Stanford Üniversitesi FM patentinin süresinin dolması ile birlikte, dijital FM sentezi artık diğer üreticiler tarafından özgürce uygulanabilir. FM sentezi patenti, süresi dolmadan önce Stanford'a 20 milyon dolar kazandırdı ve bunu (1994'te) "Stanford tarihindeki en kazançlı ikinci lisans anlaşması" haline getirdi. Günümüzde FM çoğunlukla Native Instruments tarafından FM8 veya Image-Line tarafından Sytrus gibi yazılım tabanlı sentezleyicilerde bulunur , ancak aynı zamanda bazı modern dijital sentezleyicilerin sentez repertuarına dahil edilmiştir, genellikle diğer sentez yöntemleriyle birlikte bir seçenek olarak bir arada bulunur. olarak eksiltici , örnek tabanlı sentezi , katkı maddesi sentez ve diğer teknikler. Bu tür donanım sentezlerinde FM'nin karmaşıklık derecesi, basit 2 operatörlü FM'den, Korg Kronos ve Alesis Fusion'ın son derece esnek 6 operatörlü motorlarına ve en son modellerde olduğu gibi kapsamlı modüler motorlarda FM oluşturulmasına kadar değişebilir. Kurzweil Music Systems tarafından sentezleyiciler .

FM yetenekleri için özel olarak pazarlanan yeni donanım synth'leri, Yamaha SY99 ve FS1R'nin piyasaya sürülmesinden sonra piyasadan kayboldu ve hatta son derece güçlü FM yeteneklerini sırasıyla örnek tabanlı sentez ve formant sentezinin karşılığı olarak pazarlayanlar bile . Bununla birlikte, iyi geliştirilmiş FM sentez seçenekleri, Clavia, Alesis Fusion serisi, Korg Oasys ve Kronos ve Modor NF-1 tarafından üretilen Nord Lead sentezlerinin bir özelliğidir . Diğer çeşitli sentezleyiciler, ana motorlarını desteklemek için sınırlı FM yetenekleri sunar.

2016 yılında Korg Korg Volcà FM, bir, 3-ses, Korg 6 operatörleri FM iterasyon yayınlandı Volcà kompakt, uygun fiyatlı masaüstü modüllerinin seri ve Yamaha yayımlanan Montage bir ile 128 ses örneği tabanlı motoru birleştiren, 128 sesli FM motoru. Bu FM yinelemesine FM-X adı verilir ve 8 operatör içerir; her operatörün birkaç temel dalga formu seçeneği vardır, ancak her dalga formunun spektrumunu ayarlamak için birkaç parametresi vardır. Yamaha Montajını, 128 sesli örnek tabanlı motora ek olarak 64 sesli, 8 operatörlü FM-X mimarisiyle 2018 yılında daha uygun fiyatlı Yamaha MODX izledi . Elektron, 2018'de Elektron'un ünlü sekans motorunu içeren 8 sesli, 4 operatörlü bir FM synth olan Digitone'u piyasaya sürdü .

FM-X sentezi, 2016 yılında Yamaha Montaj sentezleyicileri ile tanıtıldı . FM-X, 8 operatör kullanır. Her FM-X operatörünün seçebileceği bir dizi çok spektral dalga formu vardır, bu da her FM-X operatörünün 3 veya 4 DX7 FM operatörü yığınına eşdeğer olabileceği anlamına gelir. Seçilebilir dalga formları listesi sinüs dalgalarını, All1 ve All2 dalga formlarını, Odd1 ve Odd2 dalga formlarını ve Res1 ve Res2 dalga formlarını içerir. Sinüs dalgası seçimi, DX7 dalga formlarıyla aynı şekilde çalışır. All1 ve All2 dalga formları, testere dişi dalga formudur. Odd1 ve Odd2 dalga formları darbeli veya kare dalgalardır. Bu iki tip dalga formu, çoğu enstrümanın harmonik spektrumunun altındaki temel harmonik tepe noktalarını modellemek için kullanılabilir. Res1 ve Res2 dalga formları, spektral tepe noktasını belirli bir harmoniğe taşır ve bir enstrümanın spektrumunda daha yukarılarda üçgen veya yuvarlak harmonik gruplarını modellemek için kullanılabilir. Bir All1 veya Odd1 dalga formunu çoklu Res1 (veya Res2) dalga formlarıyla birleştirmek (ve genliklerini ayarlamak) bir enstrümanın veya sesin harmonik spektrumunu modelleyebilir.

8 FM operatör setini çok spektral dalga formlarıyla birleştirmek, 1999 yılında Yamaha tarafından FS1R'de başladı. FS1R'de 16 operatör, 8 standart FM operatörü ve ses kaynağı olarak bir osilatör yerine bir gürültü kaynağı kullanan 8 ek operatör vardı. Ayarlanabilir gürültü kaynakları ekleyerek FS1R, insan sesinde ve bir nefesli çalgıda üretilen sesleri modelleyebilir ve ayrıca vurmalı çalgı sesleri yapabilir. FS1R ayrıca Formant dalga formu adı verilen ek bir dalga formu içeriyordu. Formantlar, çello, keman, akustik gitar, fagot, İngiliz kornosu veya insan sesi gibi rezonans eden vücut enstrüman seslerini modellemek için kullanılabilir. Formantlar, birkaç pirinç enstrümanın harmonik spektrumunda bile bulunabilir.

Spektral analiz

Bir modülatör ile FM sentezi tarafından üretilen spektrum aşağıdaki gibi ifade edilir:

Modülasyon sinyali için taşıyıcı sinyal

Taşıyıcı ve modülatör üzerindeki sabit faz terimlerini göz ardı edersek, sonunda Chowning 1973 ve Roads 1996 , s. 232 :

burada olan açısal frekanslar ( taşıyıcı ve modülatörünün), bir frekans modülasyon indeksi ve genlikleri olan inci birinci türden Bessel fonksiyonu sırasıyla.

Dipnot

Ayrıca bakınız

alıntılar

Referanslar

Dış bağlantılar