Uma Breve História da Síntese FM

David Earl (aka SFLogicNinja) is here on a mission. The mission is to explain the history of FM synthesis (you know, Ghostbusters basslines, etc). In this fascinating article David does that and more.  

Nunca colocar um donk em sua música eletrônica? Já teve aquela velha sensação, familiar assistindo a introdução de Law and Order na televisão, ouvir o som familiar piano eletrônico antes do sax anos 80 vem lamentando em? Como sobre o bassline de Ghostbusters?

Sim, eu sou eu mesmo, mas isso é o namoro porque eu quero dar-lhe uma história de síntese FM.


O que é FM?

FM é a abreviatura de Frequência Modulada. Antes de síntese FM, Frequência Modulada foi mais comumente usado para a transmissão de dados por meio de uma onda de rádio. Basicamente, uma onda com uma freqüência específica, digamos 101,1 MHz, terão sua frequência de onda modulada por algo como uma voz, uma música, ou alguma outra onda complexa. Sua amplitude permaneceria a mesma, no entanto.

A onda que a voz, música ou dados iria viajar na era chamado de onda portadora. A voz, música ou de dados foi modulando a frequência, por isso foi chamado de modulador.

Um receptor de rádio sintonizado na 101,1 MHz onda iria ouvir a onda portadora, detectar as diferenças de freqüência e decodificar a voz, música ou dados dentro. Isso foi muito maior largura de banda e fidelidade do que seu antecessor, Amplitude Modulation, que teria a voz, música ou dados que trafegam em uma onda que foi variando em amplitude em vez de freqüência. Estas ondas eram mais fracos devido a que a variância no poder.

Here’s what a sine wave carrier looks like, being modulated by another wave. (Image from http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Frequency-modulation.png)

Aqui está o que um portador de onda senoidal parece, ser modulada por outra onda. (Imagem de http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Frequency-modulation.png)


John Chowning: O sintetizador FM de maior sucesso

John Chowning

John Chowning


Por volta de 1967 um sujeito chamado John Chowning estava brincando com Frequência Modulada em seu laboratório em Stanford. Envio de ondas portadoras foram ondas sinusoidais que estavam a ser modulada por uma onda mais complexa. Normalmente ondas portadoras foram transmitidos em insanamente altas freqüências. Estavam falando de um milhão de hertz.

Chowning começou a puxar as frequências de onda senoidal para dentro da faixa audível (20 Hz - 20000 kHz), e decidiu fazer algo bastante singular ... Ele começou a modular a freqüência dessas ondas senoidais bastante baixa freqüência com outras ondas senoidais em torno da mesma freqüência.

As coisas começaram a acontecer ... Coisas harmônicas.


Chowning estava recebendo uma onda que foi surpreendentemente rica em conteúdo harmônico de duas ondas senoidais. Quando a transportadora estava sendo modulada, criou bandas laterais. Estas bandas laterais eram harmônicos que aparecem em ambos os lados da frequência portadora. Como o modulador foi mudado em campo, as bandas laterais mudaria também. Estas bandas laterais pode ser previsto com base em alguns cálculos, (funções de Bessel) e podia prever que surgiria gaita num veículo com base na frequência e amplitude do modulador. Ele começou a perceber que esta era uma maneira muito barata e atraente para ter um monte de som de relativamente pouca entrada. Este pegou animado com as possibilidades musicais!

Agora, por que eu digo barato?

Vamos explorar brevemente os dois tipos principais de síntese disponíveis antes de FM: subtrativas e Aditivo.


Aditivo e Síntese Subtractive vs FM

Síntese aditiva não é apenas a mais antiga forma de síntese que weve utilizado musicalmente, é também construído fora de uma premissa muito grande. Síntese aditiva vem da teoria colocada por Joseph Fourier em 1700: Qualquer onda complexa pode ser quebrada em ondas senoidais.

Você vê, as ondas senoidais não têm harmônicos. Se tivéssemos ondas senoidais suficientes jogando em diferentes freqüências e amplitudes, poderíamos criar a estrutura harmônica de qualquer som no universo. Louco, né?

O primeiro sintetizador aditivo seria sem dúvida ser o órgão de tubos de 1700. Diferentes comprimentos de cano iria criar diferentes combinações de flauta-como tons que eram muito semelhantes às ondas senoidais. A combinação desses tons iria criar timbres ricos.

Organ


Os primeiros sintetizadores aditivos eletrônicos foram criadas em torno da virada do século (1900). Rodas de tom eletrônicas foram usadas para criar ondas senoidais que foram adicionados em conjunto para fazer com que tons semelhantes a um órgão de tubos. Isso fez com que os órgãos simpático e pequeno, acessível e fácil de manter.

RMI Harmonic Synthesizer


Sintetizadores digitais aditivos deu a volta em 1974, direita em torno do mesmo tempo Chowning estava fazendo sua pesquisa. Uma empresa chamada RMI criou um sintetizador que poderia fazer 16 tons de uma só vez!

No mundo síntese do aditivo, no entanto, 16 harmônicos não é muito impressionante. O sintetizador também era monofônico, o que significava não acordes para você! Isso aconteceu porque tocar duas notas de uma só vez exigiria 32 osciladores. Isso começou a ficar muito caro, tanto quanto o poder de computação foi.

Síntese subtrativa foi menos caro do que o aditivo, pois sua premissa era pegar uma onda já rico e subtrair harmônicos a partir dele através de um filtro. Todo o circuito foi analógico, e os tons estavam quentes, rica e musical. Alguns sintetizadores subtrativos primeiros foram pioneiros por Donald Buchla e Bob Moog na década de 60 e 70. Embora sintetizadores anteriores existia antes deles, esses dois foram os primeiros a criar sintetizadores do músico de trabalho.

Moog Synthesizer


A limitação com sintetizadores analógicos subtração no início dos anos 70 foi a sua incapacidade de ficar em sintonia e lembre-se as configurações predefinidas, (sem CPU ou memória). Eles também foram bastante grande e pesado no palco.

FM síntese, por outro lado, foi reproduzido digitalmente, poderia usar tão poucos como dois osciladores para criar o conteúdo harmónico extremamente denso, e não requerem um filtro de alterar o conteúdo harmónico. Como era digital, um sintetizador de FM poderia ser criado para lembrar as configurações e ficar em perfeita sintonia.

Após a adição de mais 4 osciladores para o 2 anterior, Chowning explorado têm diferentes formas de combinações de veículos e moduladores. Estes foram chamados algoritmos, e serviria como bons pontos de partida para determinados tipos de sons. Chowning começou a criar recriações polifônicos de cordas, pianos, instrumentos de sopro, entre outros ... e alguém estava escutando.

A Yamaha Corporation do Japão ouviu falar de Chownings exploits, e concordou em licenciar a patente para a síntese FM de Stanford. Esta licença apressou-se o nascimento de um dos sintetizadores mais popular de todos os tempos: A Yamaha DX7.

DX7


O DX7 era uma maravilha de se ver na época. Foi acessível, lembrou configurações, ficou em perfeita sintonia, era polifônica, e também se tornou o primeiro sintetizador controlado MIDI. No momento em que a patente expirou em 1995, Stanford fez 20 milhões de dólares fora da patente síntese FM. Foi a segunda patente mais lucrativo de sempre licenciado na Universidade de Stanford.

Síntese FM é muito original em sua textura e timbres. É especialmente conhecido pelos seus tons sino-como e sons inarmônicos. Muitos de arcade jogos de vídeo início da Atari usou um motor de síntese de FM para a música e design de som. Jogos como o Paperboy e APB usado exclusivamente FM, e deu os jogos um som muito original. Muitas máquinas de pinball também usou FM para a música e design de som também.

FM é um grande desafio para o programa, mas quando você pegar o jeito dele, é muito gratificante. Uma grande atualização do sintetizador de FM são synths como o FM8 da Native Instruments, que dão aditivo, subtrativo e opções de FM.

Eu tive muitas noites se perder em síntese FM. Eu espero que você tenha a chance de explorá-lo bem!

David writes music for all media including advertising, branding, movies, television, and games. He works for such clients as Sega, LucasArts, Microsoft Game Studios, Landor and Associates, Beyond Pix, Rich Pageant, and Nextel. He also teaches at an Apple Certified training facility in San Francisco called Pyramind and has long bee... Read More

Discussion

Peter Schwartz
What? No mention of the Synclavier and its FM? It predated the DX7 by many years, and featured an additive carrier.
sflogicninja
It's true the the Synclavier utilized FM synthesis. I meant to always say first 'affordable' digital FM synth, but sometimes I forget. The Synclavier was a marvel to behold. From what I remember it's early FM incarnations were sold mostly to studios and universities, as well as other wealthy folks.

It can also be argued that Don Buchla used FM in his earlier synths, and I try in my videos to address that earlier synths included FM in some form or another, pointing to the DX7 because of its affordability and complex algorithms, and the fact that it was solely FM.

Thanks for the input Ski, you are a legend in your own right.
Peter Schwartz
Also, don't mean to beat you up too badly :) but the DX7 was not the first MIDI controlled synthesizer. It was the Prophet 600, with the Jupiter 6 a close second.
sflogicninja
Ack. Yup, you're right. I thought the Juptier 6 and Prophet 600 came shortly AFTER the DX7, but alas. My bad.

I sure did love the Jupiter 6, too. Shame on me.

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