Создание музыки

Что такое FM-синтез и как он работает?

FM-синтез — это звуковой архитектор, стоящий за некоторыми из самых знаковых треков 80-х и 90-х годов. Во многих отношениях он произвел революцию в производстве музыки благодаря своим характерным и эклектичным звукам.

От электрического гула искаженных басовых линий до кристального мерцания цифровых колокольчиков, FM-синтез заложил основу для новой волны музыки. Однако для многих начинающих продюсеров FM-синтез может показаться сложным и непосильным, особенно когда вы начинаете копаться в запутанной паутине модуляторов и поднесущих.

Но не бойтесь! В этой статье мы расскажем о FM-синтезе, разберем его компоненты и рассмотрим несколько различных вариантов аппаратных и программных синтезаторов, которые вы можете добавить в свой арсенал уже сегодня.

Что такое FM-синтез?

FM-синтез — это сокращение от синтеза с частотной модуляцией.

По своей сути он включает модуляцию частоты одной формы волны (несущей) частотой другой формы волны (модулятора), создавая сложные гармонические и негармонические звуки, богатые и динамичные. Взаимодействие между несущей и модулятором может создавать широкий спектр тембров, от натурально звучащих инструментов до совершенно новых, цифровых звуков, которые трудно классифицировать.

Процесс начинается с несущей, например, простой формы волны, такой как базовая синусоидальная волна, которая сама по себе звучит чисто и непритязательно. Затем модулятор, другая форма волны, изменяет частоту несущей, вводя новые частоты, называемые боковыми полосами. Частота и амплитуда модулятора определяют характер и интенсивность получаемого звука. Настраивая эти параметры, а также индекс модуляции, вы можете создавать широкий спектр звуковых текстур.

Особенностью FM-синтеза является его способность создавать сложные звуки, используя относительно небольшие вычислительные мощности. Это одна из причин, по которой он был так популярен в цифровых синтезаторах 1980-х годов. Несмотря на его техническую сложность, вы можете открыть для себя мир возможностей звукового дизайна, если поймете его основные принципы работы.

Компоненты FM-синтеза

Чтобы полностью понять магию FM-синтеза, сначала нужно разобраться в его ключевых компонентах, каждый из которых играет определенную роль в формировании конечного звука. От операторов, которые служат строительными блоками для FM-тонов, до танца между несущей и модуляторами — есть несколько элементов, которые объединяются, чтобы создать звуки, которыми славится FM-синтез. Давайте углубимся в каждый из них!

Операторы

FM-операторы — это фундаментальные звукогенерирующие компоненты в FM-синтезе. По сути, они функционируют как отдельные аналоговые осцилляторы. Каждый FM-оператор может выступать либо в качестве несущей, создавая слышимый звук, либо в качестве модулятора, влияя на частоту и, соответственно, тембр несущего сигнала.

Операторы генерируют базовые формы волны — например, синусоиды, — которые затем можно модулировать для создания более сложных звуков. Однако истинная сила FM-синтеза заключается в том, как эти операторы связаны между собой и модулируются. В результате вы получаете доступ к огромному количеству звуков.

Носители и модуляторы

Носители» и «модуляторы» означают роли, которые операторы могут играть в процессе синтеза.

Носители — это операторы, которые производят реальный звук, который вы слышите, и служат в качестве основного аудиосигнала, в то время как модуляторы не производят звук, непосредственно слышимый слушателем. Вместо этого они воздействуют или «модулируют» частоту несущей, изменяя тем самым ее гармоническое содержание и тембр.

Взаимодействие между ними и создает сложные звуки, характерные для FM-синтеза. Варьируя частоту, амплитуду и индекс модуляции модуляторов, вы можете создавать любые эффекты — от тонкого вибрато до резких изменений в гармонической структуре звука.

Алгоритмы

Мне нравится думать об алгоритмах FM как о чертежах, которые диктуют, как операторы взаимосвязаны. Каждый алгоритм представляет определенную конфигурацию оператора, определяя пути, по которым они влияют друг на друга.

По сути, алгоритмы определяют структуру модуляции, указывая, какие операторы модулируют другие и в каком порядке происходит взаимодействие. Эта структурная схема является ключевой, поскольку она напрямую влияет на тембральные возможности. Разные алгоритмы могут давать совершенно разные результаты, используя разные стили маршрутизации модуляции, даже с одним и тем же набором операторов.

Генераторы конвертов

Далее идут генераторы огибающей, которые призваны формировать динамический контур звука во времени. Они определяют, как изменяется амплитуда несущих и модуляторов с момента запуска ноты до ее окончания, что влияет на общую экспрессию и движение звука.

Генераторы конвертов обычно используют параметры ADSR — Attack, Decay, Sustain и Release — для точного контроля над тем, как быстро звук достигает пика громкости (Attack), как он уменьшается до уровня Sustain и, наконец, как он затухает (Release).

Используя генераторы огибающей в FM-синтезе, мы можем не только создавать огибающую громкости звука, но и кардинально изменять тембральные характеристики на протяжении всего времени звучания.

Соотношения

Отношение между частотами несущего и модулирующего сигналов определяется соотношением частот, и именно оно определяет гармонический или негармонический характер выходного звукового сигнала.

Когда соотношение состоит из целых чисел (например, 1:1, 2:1, 3:2), получаются гармоничные и музыкально созвучные звуки, которые часто напоминают традиционные музыкальные инструменты. Это звуки, в которых частоты образующихся обертонов являются целыми кратными основной частоты.

С другой стороны, когда соотношение включает в себя нецелые отношения (например, 1,5:1, 2,7:1), в результате получаются негармоничные и часто более ударные или колоколообразные звуки, которые музыкально диссонируют. Эти негармонические звуки не имеют обертонов, которые являются целыми кратными основной частоты, поэтому часто получаются более сложные тона или металлические FM-звуки.

Обратная связь

Обратная связь возникает, когда выходной сигнал оператора (в данном случае генератора синусоидальных волн) возвращается обратно в себя. Этот процесс создает более сложную форму волны, внося дополнительные гармоники или обертоны, обогащающие текстуру звука.

Стоит отметить, что обратная связь чаще всего применяется к модулятору. Когда оператор модулирует свою собственную частоту посредством обратной связи, он изменяет форму волны, переходя от простой синусоиды к более сложной форме. Эта сложность добавляет в звук гармоническое или негармоническое содержание, в зависимости от количества примененной обратной связи.

В результате вы можете получить множество сложных тембров, от густых лидов до агрессивных, искаженных басов. Это также отличный инструмент для саунд-дизайнеров, которые хотят создавать развивающиеся тона.

Краткая история FM-синтеза

Своим развитием и популяризацией FM-синтез во многом обязан работе Джона Чаунинга. В конце 1960-х годов Чаунинг, композитор и исследователь из Стэнфордского университета, начал изучать потенциал FM-синтеза как средства создания сложных звуков.

Его новаторское открытие — модуляция частоты одной формы волны другой позволяет получить широкий спектр гармонических и негармонических звуков — заложило основу для FM-синтеза. Этот метод был не только инновационным, но и высокоэффективным, что делало его пригодным для цифровой реализации. Работа Чаунинга в конечном итоге привела к тому, что Стэнфордский университет лицензировал технологию компании Yamaha, что стало началом коммерческого пути FM-синтеза.

Yamaha GS-1 был представлен в 1980 году и стал первым коммерческим FM-синтезатором, вошедшим в музыкальную индустрию. Однако из-за своих размеров, сложности и стоимости GS-1 был доступен лишь немногим музыкантам и студиям.

Эта эксклюзивность изменилась с появлением Yamaha DX7 в 1983 году. В DX7 использовались принципы FM-синтеза Чаунинга, но он был новаторским по своим звуковым возможностям, доступности и портативности. Его звуки были невероятно отчетливыми, предлагая яркий, насыщенный, цифровой тембр, который стал основным в музыке 1980-х годов, особенно в поп- и рок-музыке.

Во многом появление этого FM-синтезатора ознаменовало значительный сдвиг в сфере производства музыки, стимулировав переход на цифровые синтезаторы.

Конечно, наследие FM-синтеза не ограничилось аппаратными средствами.

Когда мир перешел в цифровую эпоху, FM-синтез обрел новую жизнь в виде плагинов VST (Virtual Studio Technology). Эти программные синтезаторы эмулируют звучание и функциональность традиционных FM-синтезаторов, предлагая при этом расширенную гибкость и интеграцию в DAW.

Сегодня FM-синтезаторы продолжают развиваться, предоставляя музыкантам и продюсерам постоянно растущий набор инструментов для создания звука.

Аппаратные FM-синтезаторы

Аппаратные FM-синтезаторы произвели фурор в 1980-х годах, и некоторые из них стали классическими FM-синтезаторами, которые используются и сегодня. Давайте посмотрим на некоторые из самых знаковых FM-синтезаторов.

Yamaha DX7

Как мы уже говорили, Yamaha DX7 является в некотором роде монументальной фигурой в FM-синтезе. Во многом именно этот FM-синтезатор стал предвестником широкого распространения синтеза с частотной модуляцией в музыкальном производстве.

DX7 появился на рынке в 1983 году и преобразил мир своей чистотой, сложными гармониками и бесконечными звуковыми возможностями. Музыканты полюбили его за невообразимую палитру звуков, включая электропиано и басы, которые определили поп-звучание 80-х. Сегодня мы все еще можем услышать эти мечтательные пэды и пронзительные лиды в музыке synthwave.

Однако истинная красота DX7 заключалась в его интерфейсе, который состоял из скромного количества кнопок и одного ползунка данных. Это отличало его от аналоговых синтезаторов того времени, напичканных ручками, и заставляло музыкантов по-новому подходить к созданию звука. Несмотря на сложности в освоении, DX7 оставался относительно эффективным синтезатором. Благодаря глубокому программированию он предлагал беспрецедентные для того времени возможности для творчества.

Даже сегодня это один из самых прочных и надежных классических синтезаторов, поэтому он стал основным в студиях и на сценах по всему миру.

Elektron Digitone

Создатели Elektron Digitone предложили современный подход к традиционному FM-синтезу, объединив сложность цифровой генерации звука с интуитивно понятным рабочим процессом, которым славится Elektron.

Выпущенный в конце 2010-х годов, этот компактный цифровой FM-синтезатор переосмыслил FM-синтез, сделав его более доступным и музыкально выразительным, чем когда-либо прежде. В отличие от многих других FM-синтезаторов, этот отличается изящным, удобным интерфейсом и надежной конструкцией. Когда я впервые поиграл с ним, я был удивлен, насколько легко набирать различные звуки без крутой кривой обучения, которая часто ассоциируется с FM-синтезом.

В основе Digitone лежит мощный 4-операторный FM-движок, дополненный фирменным шаговым секвенсором Elektron, позволяющим набирать сложные ритмические рисунки и последовательности. Он использует инновационный подход к FM-синтезу, упрощая матрицу модуляции и предлагая практический контроль над формированием звука.

Работа над звуковым дизайном с этим синтезатором гораздо более интуитивна, чем можно было бы ожидать, а благодаря включению многорежимных фильтров и эффектов вы получаете приятную теплоту и глубину, которые выступают в качестве противовеса потенциально холодной точности цифровых FM-звуков.

Помимо того, что он блистает как самостоятельный инструмент, его возможности MIDI и Overbridge позволяют ему прекрасно вписаться в любую систему, преодолевая разрыв между аппаратными и программными средами производства музыки.

Korg Opsix

Korg Opsix стал огромным скачком в развитии синтеза с частотной модуляцией. Он объединил глубину и многогранность традиционного FM-звукообразования с доступностью и практическим управлением, которое обычно не ассоциируется с FM-синтезаторами.

Представленный в 2020 году на фоне кажущегося мирового коллапса, Opsix стал ярким светом для любителей FM-синтеза и аппаратных синтезаторов в целом. Он сделал цифровой FM-синтез более доступным для широкого круга пользователей, не жертвуя при этом звуковой сложностью, из-за которой он так почитаем.

Одной из отличительных особенностей Opsix является его инновационный интерфейс, который включает в себя подробный OLED-дисплей и множество ручек и слайдеров, которые обеспечивают непосредственный тактильный контроль над параметрами. Я люблю тактильные синтезаторы, в которых легко ориентироваться, так как это делает набор сложных тембров гораздо более интуитивным процессом.

Не ограничиваясь традиционным FM, Opsix расширяет свою палитру за счет гибридного подхода, включающего в себя формирование волн, фильтрацию и эффекты. Вы можете создавать гораздо более широкий спектр звуков, от кристально чистых колокольчиков до развивающихся пэдов.

Кроме того, Opsix способен выйти за рамки классических 4-операторных или 6-операторных установок, предлагая «измененный» FM-режим, в котором представлены новые режимы работы оператора и варианты модуляции. Полифонический секвенсор, секвенция движения и арпеджиатор делают его абсолютной мощью как для студийного производства, так и для живых выступлений.

Программные FM-синтезаторы

В наши дни программное обеспечение доминирует на рынке музыкального производства, и благодаря множеству известных брендов и разработчиков, существует множество потрясающих программных FM-синтезаторов, из которых можно выбрать подходящий.

Native Instruments FM8

FM8 от Native Instruments стал своего рода титаном в мире программных FM-синтезаторов. С момента своего появления в 2002 году в виде FM7 он славится своей проработанной глубиной и гибкостью.

Построенный на богатом наследии FM-синтеза, FM8, которому уже 18 лет, предлагает относительно современный подход, удобный интерфейс и безграничные звуковые возможности. В нем умело сочетаются сложные, богатые гармониками текстуры, характерные для FM-синтеза, и современный дизайн, упрощающий процесс программирования, что делает его доступным для всех типов пользователей.

Это был один из первых программных синтезаторов, который я взял в руки, и пользуюсь им по сей день.

Сердцем FM8 является мощный звуковой движок, который способен воспроизводить все: от теплых, классических колокольных тонов, напоминающих о винтажных FM-синтезаторах, до передовых текстур и лидов, которые полностью расширяют границы цифрового синтеза.

Матричный дисплей может показаться немного устаревшим, но благодаря обширной библиотеке пресетов у вас всегда есть хорошая отправная точка для начала исследований.

Волны Поток Движение

Waves Flow Motion, возможно, один из моих любимых программных синтезаторов, появившихся за последнее десятилетие. В FM-звучании есть что-то такое, что трудно найти в другом месте.

В нем прекрасно сочетаются традиционные методы FM-синтеза с визуально привлекательным и очень интуитивным интерфейсом. Один из способов, с помощью которого Waves удалось выделить этот синтезатор, — это предложить пользователям немедленный и практический опыт. Если вы еще не поняли тему этой статьи, FM-синтез часто кажется сложным и недоступным, поэтому я большой поклонник программ, которые упрощают этот процесс.

Инновационный графический интерфейс позволяет легко создавать, соединять и управлять FM-звуками, а также наблюдать за развитием различных компонентов этих звуков в режиме реального времени с помощью динамической визуальной обратной связи.

Благодаря большому количеству пресетов Flow Motion позволяет быстро найти любой звук, который вы слышите в своей голове. Вы получаете четыре гибких FM-осциллятора с универсальной матрицей модуляции и множество встроенных эффектов, предлагающих бесконечное вдохновение, независимо от того, какую музыку вы создаете.

Я никогда не думал о Waves как о разработчике VST-инструментов, но Flow Motion во многом изменил мое представление об этом.

Arturia DX7 V

Если у вас нет средств или студийной недвижимости, это не значит, что вы не можете получить звуки одного из самых известных FM-синтезаторов всех времен.

Arturia DX7 V — это тщательное цифровое воссоздание культовой модели Yamaha DX7. Он переносит все квинтэссенциальные звуки FM-синтеза в современное производство с удивительной аутентичностью (как и многие другие продукты Arturia).

Как и в случае со всеми своими эмуляторами синтезаторов, Arturia приложила максимум усилий, чтобы DX7 V не только воспроизводил отличительные звуковые характеристики своего аппаратного предшественника, но и расширял его новыми функциями, которые отвечают современным требованиям к музыкальному производству.

Благодаря интуитивно понятному интерфейсу DX7 V преодолевает печально известный сложный барьер программирования оригинального DX7, предлагая пользователям более доступный способ изучения и создания звуков. Благодаря матрице модуляций, новым осцилляторам и встроенному механизму эффектов DX7 V значительно расширяет возможности создания звуков за пределами того, что было возможно с оригинальным инструментом.

Теперь вы можете легко перемещаться по слоям FM-синтеза и создавать практически любые звуки, какие только пожелает ваше сердце, за считанные мгновения.

Заключительные размышления

Частотная модуляция — сложный зверь, и я могу только надеяться, что это краткое руководство сделало ее более доступной для вас. От основ, заложенных новаторской работой Джона Чаунинга, до программных инноваций, которые продолжают продвигать FM-синтез на новые творческие территории, — это стиль синтеза, который стоит изучить.

Аранжируете ли вы свой следующий хит в стиле synthwave, разрабатываете звуки для фильма-блокбастера или просто осваиваете новый FM-синтезатор — здесь есть много интересного! Получайте удовольствие и экспериментируйте.

Кнопка "Вернуться к началу"