Syntéza modulační frekvence - Frequency modulation synthesis


z Wikipedie, otevřené encyklopedie
FM syntéza pomocí 2 operátorů
2OP FM.svg
220 Hz nosný tón f c modulované 440 Hz modulační tón f m , s různými volby indexu frekvenční modulace , p . Domény, signály časové jsou znázorněny výše, a odpovídající spektra jsou uvedeny dále (amplitudy spektra v dB ).
Průběhy pro každý p

Frequencymodulationdemo-td.png

Spektra pro každý p

Frequencymodulationdemo-fd.png

Syntéza frekvenční modulace (nebo FM syntéza ) je forma zvukové syntézy , kde se zabarvení jednoduchého tvaru vlny (jako je čtverec, trojúhelník nebo sawtooth) s názvem nosič, se mění modulace jeho frekvenci s modulátoru frekvenci, která je také v stejný nebo podobný zvuku rozsah, takže složitější zabarvení výsledky. Frekvence oscilátoru je změněna „v souladu s amplitudou modulačního signálu.“ ( Dodge & Jerse 1997 , str. 115)

FM syntéza může vytvořit i harmonické a neharmonický zvuky. Pro syntézu harmonické zvuky, modulační signál, musí mít harmonický vztah k původnímu nosný signál. Jak se množství zvyšuje frekvenční modulace, zvuk roste postupně složitější. Díky použití modulátorů s frekvencemi, které jsou jiné než celé násobky nosného signálu (tj non-harmonické), atonální a tónové jako zvon a perkusní zvuky mohou být snadno vytvořeny.

FM syntéza s použitím analogových oscilátory mohou mít za následek stoupání nestability. Nicméně, FM syntéza může být také realizována digitálně, druhá ukázala být více ‚spolehlivé‘, a je v současné době vnímána jako standardní praxe. Syntéza digitální FM (implementován jako fázové modulace bylo) základem několik hudebních nástrojů začíná již v roce 1974. Yamaha postaven první prototyp digitální syntezátor v roce 1974, na základě syntézy FM, než běžně uvolněním Yamaha GS-1 v roce 1980. Synclavier I , vyráběný firmou New England Digital Corporation začátku roku 1978, která je součástí digitálního FM syntezátor, pomocí algoritmu syntézy FM licencované od Yamahy. Yamaha převratné DX7 , které vyšlo v roce 1983, přinesl FM do popředí syntézy v polovině-1980.

FM syntéza se také stala obvyklá nastavení pro hry a software, až do poloviny devadesátých let. Prostřednictvím zvukových karet, jako jsou Adlib a Sound Blaster , IBM PC popularizoval Yamaha čipy jako OPL2 a OPL3 . Související OPN2 byl použit v Sega Genesis jako jeden ze svých zvukového generátoru čipů.

Dějiny

Technika digitální implementace frekvenční modulace, který byl vyvinut Johnem Chowning ( Chowning 1973 , citovaný v Dodge & Jerse 1997 , str. 115), na Stanford University v 1967-68, byl patentován v roce 1975. Před tím, FM syntéza algoritmus byl licencován japonské firmy Yamaha v roce 1973. To bylo původně navržen pro rozhlasové přijímače pro přenos hlasu prostřednictvím modulace frekvence jednoho tvaru vlny s někoho jiného. To je důvod, proč je FM rádio s názvem FM (frekvenční modulace).

Provádění komerčně Yamaha (US patent 4018121 dubna 1977 nebo US patentu 4,018,121), je ve skutečnosti na základě fázové modulace , ale výsledky skončit rovnocenné matematicky jako oba jsou v podstatě zvláštní případ QAM .

Technici Yamaha začala přizpůsobovat Chowning algoritmu pro použití v komerčním digitální syntezátor, přidávání vylepšení, jako je „klíč měřítka“ metody se zabránilo zavedení zkreslení, které za normálních okolností došlo v analogové systémy v průběhu frekvenční modulace , i když to bude trvat několik let, než Yamaha měly uvolnily své digitální syntezátory FM. V roce 1970, Yamaha byla udělena řada patentů, podle bývalého názvu společnosti „Nippon Gakki Seizo Kabushiki Kaisha“, vyvíjející Chowning rané práce na technologii syntézy FM. Yamaha postavil první prototyp FM digitální syntezátor v roce 1974. Yamaha nakonec obchodně využity technologie FM syntéza s Yamaha GS-1, první FM digitální syntezátor, vydané v roce 1980.

Jak již bylo uvedeno dříve, FM syntéza byla základem některých z prvních generací digitálních syntezátorů , především těch z Yamahy, stejně jako New England Digital Corporation na základě licence od Yamahy. Yamaha populární DX7 syntezátor, které vyšlo v roce 1983, byl všudypřítomný v celém roce 1980. Několik dalších modelů od Yamahy za předpokladu, variace a evoluce syntézy FM v průběhu tohoto desetiletí.

Yamaha nechal patentovat jeho realizaci hardwarové FM v roce 1970, což je téměř monopolizovat trh pro technologie FM až do poloviny-1990. Casio vyvinula související formu syntézy tzv syntézy fázové zkreslení , který se používá ve svém CZ rozsahu syntezátorů . To mělo podobný (ale trochu jinak odvozenou) zvukovou kvalitu na DX série. Don Buchla realizován FM na jeho nástrojů v polovině 1960, před Yamahy patentu. Jeho 158, 258 a 259 duálních oscilátorů moduly měl specifickou řídicí vstup FM napětí a model 208 (Music stojan) měl modulační oscilátor napevno, aby FM i AM primárního oscilátoru. Tyto časné aplikace používají analogové oscilátory, a tato schopnost se také následovaly další modulární syntezátory a přenosné syntezátorů včetně Minimoog a ARP Odyssey .

S vypršením patentu Stanford University FM v roce 1995, syntéza digitální FM mohou být nyní volně realizován jinými výrobci. Patent FM syntéza přinesl Stanford $ 20 milionů před koncem jeho platnosti, což je (v roce 1994) „druhou nejvýnosnější licenční smlouvu ve Stanfordu historii“. Dnes FM se většinou nacházejí v softwarové bázi syntezátorů, jako FM8 od Native Instruments nebo Sytrus od obrazový řádek , ale to také bylo začleněno do syntézy repertoáru některých moderních digitálních syntezátorů, obvykle soužití jako doplněk spolu s dalšími metodami syntézy takových jako subtraktivní , syntéza vzorku na bázi , aditivní syntézy , a jinými technikami. Stupeň složitosti FM v těchto hardwarových syntezátorů se může lišit od jednoduchého 2-operátor FM, k vysoce flexibilní 6-operátora motorech Korg Kronos a Alesis Fusion , k tvorbě FM ve značně modulárních motorů, jako jsou ty, které v poslední syntezátory podle Kurzweil Music Systems .

Nové hardwarové syntezátory specificky na trh pro své schopnosti FM zmizely z trhu po vydání Yamaha SY99 a FS1R , a to i těm, které prodává své vysoce výkonné FM schopnosti jako protějšky samplových syntézy a syntéza formant resp. Nicméně, dobře vyvinuté možnosti FM syntéza jsou charakteristické pro Nord Lead syntezátorů vyrobených Clavia, na Alesis Fusion rozsahu, v Korg OASYS a Kronos a Modor NF-1. Různé další syntezátory nabízet omezené FM schopnosti doplnit své hlavní motory.

Nejvíce nedávno, v roce 2016, Korg uvolní Korg Volca FM, FM iteraci Korg Volca řady kompaktních, cenově dostupné stolní moduly a Yamaha pustil sestřih, který kombinuje motor 128 hlasový vzorek na bázi s 128 hlasu FM motor. Tato iterace FM se nazývá FM-X a nabízí 8 operátorů; každý operátor má na výběr z několika základních tvarů vln, ale každý tvar vlny má několik parametrů pro nastavení jeho spektrum. Elektron se v roce 2018 mají Digitone, FM synth v Elektrons proslulost sekvence motoru.

Syntéza FMX byl zaveden syntezátorů Yamaha Montage v roce 2016. FMX používá 8 operátorů. Každý operátor FMX má sadu multispektrálních tvar vlny na výběr, což znamená, že každý subjekt FMX může být ekvivalentní k zásobníku 3 nebo 4 operátorů DX7 FM. Seznam volitelných formy vln zahrnuje sinusové vlny, se ALL1 a ALL2 průběhy, formy Odd1 a Odd2 vlna, a formy RES1 a Res2 vlny. Sinusový výběr vlna funguje stejně jako formy DX7 vln. Tyto průběhy ALL1 a ALL2 jsou pilovitý tvar vlny. Tyto průběhy Odd1 a Odd2 jsou pulzní nebo čtvercové vlny. Tyto dva typy forem vlna může být použit pro modelování základní harmonické vrcholy v dolní části harmonického spektra většiny přístrojů. Tyto průběhy RES1 a Res2 přesunout spektrální pík na specifické harmonické a může být použit pro modelování buď trojúhelníkové nebo zaoblené skupiny harmonických výše ve spektru nástroje. Kombinací tvar vlny ALL1 nebo Odd1 s více RES1 (nebo Res2) vlnových forem (a úpravu jejich amplitudy) lze modelovat harmonické spektrum nástroje nebo zvuk.

Kombinací sad 8 operátorů FM s multi-spektrální tvar vlny začaly v roce 1999 Yamaha v FS1R. FS1R měl 16 subjektům, 8 standardních operátorů v pásmu FM a 8 dalších operátorů, které používají spíše než zdroj hluku oscilátor jako svůj zdroj zvuku. Přidáním v laditelných zdrojů hluku ve venkovním FS1R mohla modelovat zvuky produkované v lidském hlasu a dechového nástroje, spolu s výrobou bicí nástroj zvuky. FS1R také obsahoval další tvar vlny nazývá Formant tvar vlny. Formanty může být použit pro modelování rezonující tělo nástroje zní jako cello, housle, akustická kytara, fagot, anglický roh, nebo lidského hlasu. Formanty lze dokonce nalézt v harmonickém spektru několika dechových nástrojů.

spektrální analýza

Spektrum generovaný FM syntéza s jedním modulátorem, je vyjádřena následovně:

Pro modulační signál je nosný signál je

Pokud bychom měli ignorovat podmínky konstantní fáze na nosiči a modulátorem , se konečně dostaneme následující výraz, jak je vidět na Chowning 1973 a silnic z roku 1996 , s. 232 :

kde jsou úhlové frekvence ( ) z nosiče a modulátoru, je frekvenční index modulace , a amplitudy se tý Besselovy funkce prvního druhu , v tomto pořadí.

poznámka pod čarou

viz též

citace

Reference

externí odkazy