FM Synthesis(电子音乐分类)

风格类型：Game Music

FM Synthesis（调频合成）是一种声音合成的形式，即通过用调制器调制波形的频率来改变波形的频率。振荡器的频率是 "根据调制信号的振幅 "而改变的。

FM synthesis可以产生谐波和非谐波的声音。要合成谐波声音，调制信号必须与原载波信号有谐波关系。随着频率调制量的增加，声音逐渐变得复杂。通过使用频率为载波信号非整数倍的调制器（即非谐波），可以创造出非谐波的钟状和敲击谱。

使用模拟振荡器进行FM synthesis可能会导致音高不稳定。但是，FM synthesis也可以用数字方式实现，这种方式比较稳定，并且成为标准做法。早在1974年开始，数字FM synthesis（以相位调制的方式实现）就成为一些乐器的基础。雅马哈公司在1974年制造了第一台基于调频合成的数字合成器样机，然后在1980年推出了雅马哈GS-1的商用产品。新英格兰数字公司在1978年开始生产的Synclavier I包含了一个数字调频合成器，使用的是雅马哈授权的调频合成算法，1983年发布的雅马哈突破性的DX7合成器将调频带到了80年代中期合成的最前沿。

直到九十年代中期，FM synthesis也已经成为游戏和软件的常规设定。通过AdLib和Sound Blaster等声卡，IBM PC普及了OPL2和OPL3等雅马哈芯片。在SNK Neo Geo的街机（MVS）和家用游戏机（AES）中，OPNB被用作主要的基本声音发生器板。后来的变体被用于台东Z系统。相关的OPN2被用于富士通FM Towns Marty和Sega Genesis，作为其声音发生器芯片之一。同样，夏普X68000和MSX（雅马哈电脑单元）也使用了基于FM的声音芯片OPM。

20世纪60-80年代
20世纪中叶，频率调制（FM），一种承载声音的手段，已经被人们理解了几十年，并被用于广播电台的传输。FM Synthesis是在20世纪60年代由John Chowning在加州斯坦福大学开发的，他试图创造不同于模拟合成的声音。他的算法在1973年被授权给日本雅马哈公司。雅马哈商业化的实现（美国专利4018121年4月1977年或美国专利4，018，121）实际上是基于相位调制，但结果最终在数学上是等价的，因为两者本质上都是正交振幅调制的一种特殊情况。

雅马哈的工程师开始将Chowning的算法改编为商用数字合成器，并增加了 "键缩放 "方法等改进，以避免引入模拟系统在频率调制过程中通常会出现的失真，不过雅马哈在几年后才推出他们的调频数字合成器。20世纪70年代，雅马哈获得了多项专利，以公司的前身 "Nippon Gakki Seizo Kabushiki Kaisha "为名，发展了Chowning的工作。雅马哈最终以1980年发布的第一台调频数字合成器Yamaha GS-1实现了FM synthesis 技术的商业化。FM synthesis 是早期一些世代数字合成器的基础，最著名的是雅马哈的数字合成器，以及新英格兰数字公司在雅马哈授权下的数字合成器。

雅马哈的DX7合成器，1983年发布，在整个80年代无处不在。雅马哈的其他几款产品在那十年间提供了FM Synthesis的变化和演变。雅马哈在70年代就申请了调频硬件实现的专利，使其几乎垄断了调频技术的市场，直到90年代中期。卡西欧开发了一种相关的合成形式，称为相位失真合成，用于其CZ系列合成器。它的音质与DX系列相似（但派生方式略有不同）。Don Buchla在60年代中期，也就是在Yamaha的专利之前，就在他的乐器上实现了FM。他的158、258和259双振荡器模块有一个特定的FM控制电压输入，而208型（Music Easel）有一个硬接线的调制振荡器，允许FM和AM的主振荡器。

20世纪90年代--现在
随着1995年斯坦福大学FM专利的到期，数字FM Synthesis现在可以由其他厂商自由实现。FM Synthesis专利在到期前为斯坦福大学带来了2000万美元，使其（1994年）成为 "斯坦福大学历史上第二大利润的许可协议"。FM如今大多出现在基于软件的合成器中，如Native Instruments公司的FM8或Image-Line公司的Sytrus，但它也被纳入了一些现代数字合成器的合成曲目中，通常作为一种选择与其他合成方法，如减法合成、基于采样的合成、加法合成等技术共存。

这类硬件合成器中调频的复杂程度可能从简单的2个操作器调频，到Korg Kronos和Alesis Fusion的高度灵活的6个操作器引擎，再到在广泛的模块化引擎中创建调频，如Kurzweil音乐系统公司最新合成器中的调频。在Yamaha SY99和FS1R发布之后，专门以FM功能为卖点的新硬件合成器就从市场上消失了，甚至这些合成器在市场上将其强大的FM能力分别作为基于采样的合成和形体合成的对应产品。然而，发达的FM Synthesis选项是Clavia生产的Nord Lead合成器、Alesis Fusion系列、Korg Oasys和Kronos以及Modor NF-1的特点。其他各种合成器都提供了有限的调频能力来补充其主引擎。2016年，Korg发布了Korg Volca FM，这是Korg Volca系列紧凑、经济实惠的桌面模块的一个、3声道、6个操作者的FM迭代，Yamaha发布了Montage，它结合了一个128声道的基于采样的引擎和一个128声道的FM引擎。

这种FM的迭代被称为FM-X，具有8个操作者；每个操作者可以选择几种基本的波形形式，但每个波形形式有几个参数来调整它的频谱.Yamaha Montage之后，2018年推出了价格更实惠的Yamaha MODX，除了128声道的基于采样的引擎外，还有64声道、8个操作者的FM-X架构.Elektron在2018年推出了Digitone，这是一款8声道、4个操作者的FM合成器，采用Elektron著名的序列引擎。FM-X合成是在2016年与Yamaha Montage合成器一起推出的。FM-X使用了8个操作者。

每个FM-X运算符都有一组多谱波形式可供选择，这意味着每个FM-X运算符可以相当于3个或4个DX7调频运算符的叠加。可选择的波形列表包括正弦波、All1和All2波形、Odd1和Odd2波形、Res1和Res2波形。正弦波选择的工作原理与DX7的波形相同。All1和All2波形是一种锯齿波形。Odd1和Odd2波形是脉冲或方波。这两种类型的波形可以用来模拟大多数乐器谐波频谱底部的基本谐波峰。Res1 和 Res2 波形将频谱峰值移到特定的谐波上，可以用来模拟乐器频谱中更高的三角或圆形谐波组。将一个All1或Odd1波形与多个Res1（或Res2）波形结合起来（并调整它们的振幅），可以模拟乐器或声音的谐波谱。

将一组8个调频运算器与多频谱波形结合起来，是雅马哈1999年在FS1R中开始的。FS1R有16个算子，8个标准FM算子和8个额外的算子，使用噪声源而不是振荡器作为声源。通过添加可调谐的噪声源，FS1R可以模拟人声和管乐器发出的声音，还可以发出打击乐器的声音。FS1R还包含一个额外的波形，称为形体波形。Formants可以用来模拟大提琴、小提琴、原声吉他、巴松管、英国号或人声等共鸣体乐器的声音。共振频甚至可以在几种铜管乐器的和声谱中找到。