Sinteza FM

Un ton purtător de 220 Hz modulat de un ton de modulație de 440 Hz cu diferite opțiuni de indici de modulație , β.

Spectre ale semnalelor de imagine anterioare (amplitudine spectrală în dB ).

În reproducerea muzicală și audio , sinteza de modulare a frecvenței sau sinteza FM este o tehnică de sinteză a sunetului în care timbrul unei forme de undă simple este modificat prin modularea frecvenței sale cu o frecvență de modulație, obținând o formă de undă mai complexă și un ton cu un sunet diferit.

În sinteza sunetelor armonice , semnalul de modulație trebuie să aibă o relație armonică cu semnalul purtător original. Pe măsură ce modulația de frecvență crește, crește și complexitatea sunetului rezultat. Crearea sunetelor similare cu cele produse de instrumentele de percuție sau clopot poate fi realizată prin utilizarea modulatorilor cu frecvențe care nu sunt multipli întregi ai semnalului purtător (adică nu sunt armonici).

Istorie

Tehnica de sinteză FM a fost inventat de John Chowning în anul 1968 / anul 1969 de la Universitatea Stanford , și a fost înregistrată în 1975 , obținând brevetul SUA nº4018121 19 aprilie 1977 . ^[1] . Ulterior a fost licențiată către Yamaha, care a folosit-o în multe produse, cum ar fi cipurile de sunet și sintetizatoarele de muzică , deși mai degrabă ca modulare de fază decât de modulare a frecvenței.

Sinteza FM funcționează bine pentru a crea sunete armonice și non-armonice (cum ar fi sunete de tobe sau clopote). Nu este foarte stabil dacă este realizat prin intermediul oscilatoarelor controlate de tensiune datorită instabilității intrinseci a pasului lor, în timp ce este ușor de implementat prin intermediul oscilatoarelor controlate numeric. Yamaha a inventat această tehnică prin comercializarea primului sintetizator complet controlat digital, celebrul DX7 din [[1983]]. Yamaha a înregistrat implementarea hardware a tehnicii de monopolizare inițială a sectorului (amintiți-vă și sintetizatorul de vârf al gamei, Yamaha DSR 2000 lansat în 1987, care este în prezent foarte rar și căutat). Ulterior, Casio a dezvoltat o formă de sinteză numită „distorsiune de fază” pe care a folosit-o în seria sa de sintetizatoare CZ: aveau o calitate audio similară cu seria DX a Yamaha, deși rezultatul a fost atins diferit.

Don Buchla a implementat modulația de frecvență în instrumentele sale la mijlocul anilor șaizeci , înainte de brevetul Yamaha, dar oscilatoarele sale 158, 258 și 259 erau de tip VCO.

Când brevetul a expirat în 1995 , sinteza FM a fost integrată în multe sintetizatoare moderne, adesea împreună cu sinteza aditivă și subtractivă, dar și cu tehnici de eșantionare .

Operațiune

Distribuția armonică a unui semnal sinusoidal simplu modulat de un alt semnal sinusoidal poate fi reprezentată de o funcție Bessel , care oferă baza matematică pentru înțelegerea modului în care funcționează sinteza FM.

Sinteza FM este o formă de sinteză neliniară. Începe de la un oscilator care generează un semnal audio purtător cu o frecvență de F _c , căruia i se aplică un semnal audio modulant cu o frecvență F _m , care modifică sau „modulează” frecvența undei purtătoare generată de oscilator .

Dacă amplitudinea modulatorului este egală cu 0, frecvența de ieșire a oscilatorului care generează purtătorul este pur și simplu F _c , altfel amplitudinea semnalului de modulare modifică frecvența semnalului purtător generat de oscilator, determinându-l să oscileze în sus și în jos. cu privire la un F _c . Această modificare a frecvenței se numește „deviere”.

În termeni mai simpli, cu cât semnalul de modulare este mai puternic (adică cu cât este mai mare amplitudinea acestuia) și cu atât se schimbă frecvența undei purtătoare. De exemplu, să presupunem că F _c valorează 1000 Hz. Dacă purtătorul oscilează între 900 și 1100 Hz, spunem că avem o amplitudine de modulație de 100 Hz în ambele direcții, adică avem o „abatere” de 100 Hz.

În același timp, frecvența semnalului de modulare determină apariția semnalelor „cu bandă laterală” cu frecvențe mai mari și mai mici decât cea a semnalului purtător. De aceea , pentru fiecare element component al semnalului modulator, o „bandă laterală superioară“ apare deasupra F _c și o „bandă laterală inferioară“ de mai jos F _c. O undă modulantă complexă va da naștere la crearea a câte benzi laterale pe cât sunt unde care o compun.

Abaterea (d) este parțial responsabilă pentru puterea fiecărei componente a semnalului de ieșire audio: când d = 0 toată puterea este audibilă la frecvența purtătorului. Cu cât deviația este mai mare, cu atât mai mare este puterea mutată pe benzile laterale.

Relația dintre deviație și frecvența de modulație se numește „indice de modulație” și este reprezentată de I = d / F _m . Acest raport afectează bogăția spectrală a sunetului, care poate fi crescută pur și simplu prin variația deviației amplitudinii modulației și a spectrului undei modulante fără a crește complexitatea instrumentului digital. Acesta este unul dintre punctele forte ale sintezei FM.

Referințe

• J. Chowning, „The Synthesis of Complex Audio Spectra by Means of Frequency Modulation” , în Jurnalul Societății de Inginerie Audio , vol. 21, n. 7, 1973.
• John Chowning, David Bristow, „Teoria și aplicațiile FM - de către muzicieni pentru muzicieni” , Tokyo, Yamaha, 1986, ISBN 4-636-17482-8 .
• Charles Dodge, Thomas A. Jerse, „Computer Music: Synthesis, Composition and Performance” , New York, Schirmer Books, 1997, ISBN 0-02-864682-7 .

Conexiuni

• Introducere bogată în modularea frecvenței , de Bill Schottstaedt ( EN )
• Scurtă descriere a modulației de frecvență , pe sfu.ca.
• Articol de sinteză FM , la Sospubs.co.uk .
• Mai multe articole despre sinteza FM , pe soundonsound.com .
• Sinteza FM cu analiza oscilatorului , la yala.freeservers.com .

Notă

Alte proiecte

• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre FM Synthesis

Portal IT : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu IT