Mauro Graziani
Tecniche di Sintesi

Modulazione di Frequenza

Descrizione

La modulazione di frequenza (FM), messa a punto da John Chowning a Stanford, è stata la prima tecnica digitale ad essere impiegata in un sintetizzatore commerciale di grande successo: il famoso Yamaha DX7 del 1981 ed è stata utilizzata a lungo (nota: precedenti synth digitali che usavano altre tecniche, come per es. il Fairlight CMI, non hanno avuto successo principalmente a causa del costo; il DX7, invece, ha venduto 180.000 pezzi solo nel primo anno).
Anche nell'area della musica di ricerca è una delle tecniche principali perché, oltre a una notevole versatilità sonora ottenuta con pochi parametri di controllo, la FM (Frequency Modulation) ha anche un principio di ordinamento di facile comprensione.
In pratica, nella FM, una sinusoide detta portante viene "distorta" da una seconda sinusoide detta modulante che va a cambiare la frequenza della portante a frequenza audio.
Lo schema è il seguente
schema
Di conseguenza il segnale risultante non è più una semplice sinusoide, ma una sinusoide distorta, come in figura (sopra, senza modulazione; sotto, con).
Nota: in figura si parla di punto di lettura nella tabella perché le sinusoidi sono generate mediante table look-up.


Le regole che la governano sono relativamente semplici:
Ne consegue che la qualità armonica del segnale e la sua complessità in termini di numero di componenti sono controllabili indipendentemente e accuratamente.

Caratteristiche

Vantaggi

Facilità di calcolo dello spettro risultante
Si possono conoscere in anticipo sia le componenti spettrali che la loro ampiezza
Segnale variabile nel tempo
Grazie all'inviluppo sull'indice di modulazione
L'ampiezza del segnale e lo spettro sono indipendenti.
L'inviluppo di ampiezza controlla solo l'ampiezza finale del segnale. L'inviluppo di modulazione non incide su quest'ultima. Questo non accade in altri tipi di sintesi.
Grande economia di risorse
Con due soli oscillatori si possono generare infinite componenti e anche se spesso si ricorre alla FM complessa (con più portanti e modulanti), al massimo si usano 6 oscillatori con relativi inviluppi.
Grandi possibilità polifoniche
Conseguenza dell'economia di risorse


Limiti

Tipologia spettrale riconoscibile
Gli spettri della FM semplice hanno caratteristiche evolutive che li rendono riconoscibili. Per ottenere suoni meno caratterizzati bisogna ricorrere alla FM complessa.
Non è intuitiva
Come tutte le sintesi non lineari, non è possibile "indovinare" come produrre un certo suono. Occorre studiarla e conoscerla

Implementazione

In Max/MSP

Patch: fm_1c_1m.maxpat
FM semplice senza inviluppo per sentire le sonorità con vari rapporti c/m e indice di modulazione variabile a mano.
semplice sottrattiva patch

Patch: fm_1c_1m_env.maxpat
Come sopra ma con inviluppo di modulazione (mod env) e di ampiezza (amp env).Nel grafico, il punto circondato di bianco è il livello di sustain. La tastiera virtuale qui ha il sustain (il release inizia quando si rilascia il tasto del mouse)
semplice sottrattiva patch
Patch: foscil_synth.maxpat

Questa patch implementa un synth polifonico in fm semplice, con tutti i parametri (rapporto c/m, indice di modulazione e inviluppo) variabili mentre il suono va.
C'è solo l'inviluppo sull'ampiezza (ADSR).
Potete caricare la patch foscil_voice per vedere la singola voce.
Emula il modulo foscil di Csound.

esempio look-up

Patch: foscil_synth_2env.maxpat
Come sopra, ma con inviluppo sia in ampiezza che in modulazione.
analog synth