Como Funciona um Gerador de Sons por Modulação de Frequência (FM)

O "FM" em "gerador de sons FM" é uma abreviatura para "modulação de frequência". O controlador em forma de roda à esquerda do sintetizador é chamado de "roda de modulação" e utiliza o mesmo tipo de modulação. Esta roda modula o som do instrumento com frequências de um gerador de ondas de baixa frequência, chamado LFO (oscilador de baixa frequência), fazendo com que a frequência do som original aumente e diminua ligeiramente (elevando e abaixando o tom) repetidamente, conforme mostrado no diagrama, produzindo um efeito de vibrato.

Então, o que acontece quando a frequência do LFO é aumentada?

Using waveforms with a frequency close to or higher than that of the original sound to raise or lower the pitch causes the pitch to rise and fall within the fundamental period that we perceive as pitch, distorting the waveform. A similar principal is used in FM tone generation to distort waveforms, making it possible to create a wide variety of sounds.

In reality, the progress of phases that change linearly over time is altered for output as sound; a complex process that we will explain here using images.

Imagine the rotating wheel of a car.

If the car is traveling at a constant speed, the rotation time of the wheel is also constant.

Placing a mark at the left edge of the wheel and then graphing a track of its vertical movement will result in a waveform similar to a perfect sine wave.

Let's assume that in order for the car speed to remain constant, the time required for the wheel to make one complete rotation is also constant. What happens if this rotational speed is uneven?

As an example, let's suppose that the wheel rotates comparatively quickly until the mark reaches the twelve o'clock position, decelerates continuously until it reaches the six o'clock position, and then accelerates rapidly during the last quarter of rotation to make up for lost time.

The graph for this movement will be a waveform that differs from a sine wave, as shown in fig. 2-b.

While this would make for an uncomfortable car ride, there would be no difference in the forward speed of this car and the speed of a car in which there was no variation in the rotational speed of the wheels. This is the same for sound, where the pitch remains the same.

The waveform that creates these alterations—the variations in rotation—is thus a "modulating waveform," and in this example we can presume that it is a sine wave with the same frequency as the rotational frequency of the car wheel.

Aumentar o efeito das variações na rotação faz com que o percurso da marca se torne mais complexo, e, em alguns casos, pode até ocorrer uma rotação inversa para manter um período de rotação uniforme.

O resultado é um percurso semelhante ao mostrado na Fig. 2-c.

O percurso original causado pela rotação da roda é, portanto, a forma de onda que é modulada, enquanto a forma de onda de controle que cria as variações na rotação (com alterações positivas causadas pelo acelerador e alterações negativas pela marcha-atrás em vez do travão) pode ser considerada a forma de onda moduladora.

Para voltar ao som, o conceito fundamental do gerador de sons FM é modular uma forma de onda com outras formas de onda diferentes para criar uma variedade de novas formas de onda. Frequências e níveis variados das formas de onda de modulação podem ser utilizados para gerar mudanças complexas no gerador de sons.

Por exemplo, vamos analisar o que acontece quando uma forma de onda com dez vezes a frequência da forma de onda original é utilizada para modulação.

As this diagram shows, using modulation in this manner produces small undulating elements within the large sine wave. Extremely high-frequency harmonic elements are being produced at much higher frequency levels than the original frequency, creating a metallic sound element.

Utilizar um EG (gerador de envolvência) para alterar o volume da forma de onda moduladora (o nível de modulação) ao longo do tempo torna o ataque do som metálico, enquanto as fases de decaimento e libertação tornam-se gradualmente mais suaves, permitindo alterações no som ao longo do tempo.

Num gerador de sons FM, o operador (o dispositivo que gera ondas senoidais, entre outras) para a forma de onda modulada é chamado de "portador" e o da forma de onda moduladora é chamado de "modulador". Este sistema inovador ajusta a combinação de portador e modulador, alterando seus níveis e envolventes, e é capaz de produzir formas de onda que são significativamente diferentes da forma de onda original do gerador de sons.