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FM

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FM-Synthesis

FM

Short for frequency modulation - Basically 2 or more (Sine Wave) Oscillators (Operators) modulate the Frequency of the other (mostly not each other so one OP is carrier, the other one is the modulator). FM in general is the modulation at audio speed (40Hz and more) with ANY wave shape.

related: AM (Amplitude Modulation), (Filter FM)

tricks&tutorials

FM_Bass

How to create a Bass Sound with 4 OP FM: FM_Bass


PWM simulation in FM

start by initiating the edit buffer, turn on operator F to 100 (into the OUT) with a square wave (ie wave 4), modulated by E by about 55 using wave 27 (TX Wave 3) . Set LFO1 rate to about 10, and turn the junction to 100 between LFO1 and E in the Modulation Matrix. give a pretty good PWM simulation using just 2 operators.

FM-Synthese - deutsch

(mehr info + Audiodemos: [1])

Generelle Info [2]

Frequenzmodulation oder Crossmodulation (?) Einfaches Verfahren, aber wirkungsvoll: Die Frequenz des zweiten Oszillators steuert (moduliert) die Frequenz des ersten (oder umgekehrt). Dabei kann durch Stärke der Modulation und dem Frequenzverhältnis der beiden Oszillatoren zueinder ein sehr grosses Spektrum an Sounds erzeugt werden. Von glockig bis metallisch.. crossmod: nicht zwangsläufig moduliert hier nur einer den anderen VCO,sondern hier kann auch der modulierte auch wieder die frequenz des anderen modulieren.. daher auch der name kreuzmodulation. (typisch bei Roland Jupiter serie..) mehr zu FM - die FM ist idR linear, damit sie sich genau steuern lässt, ist sie das nicht, so ist es sehr schwer, gezielt spektren zu erzeugen im sinne der fm synthese.. exp oder andere varianten haben manche instrumente, um eher "dreck" oder ähnliches hinzuzufügen, eine gute FM (analog) lässt eine stabile und spielbare tonfolge chromatisch zu.. es gibt unsaubere FM-Varianten, die faktisch nur für "Dreck" zuständig sind.. dieser Dreck sind Obertöne, jedoch durch Unlinearitäten, wie bei der Xmod eher als ungezielter Parameter vorhanden...

Vorallem von Yamaha in den DX Synthesizern sowie in den späteren Modellen SY99 und TG/SY77 sowie dem FS1R kommt die FM-Synthese zum Einsatz. Wobei diese Geräte mit der sogenannten Phase Modulation, einer Variante der FM arbeiten, bei der die Phase statt die Frequenz des Oszillators (Operators) moduliert wird.

Wie oben schon erwähnt ist sie auch in subtraktiven Synthesizern oft vorhanden, allerdings nur in vereinfachter Form mit 2 Oszillatoren. Sie kann aber auch völlig Eigenständig verwendet werden. Bei den Yamaha – Geräten werden dort mindestens 4, 6 oder mehr „Operatoren“ genannte Oszillatoren in einer betimmten Weise miteinander verschaltet: Diese Verschaltungsweise „Algorithmus“ bestimmt welcher der Oszillatoren welchen anderen oder gar sich selbst moduliert, man spricht hier von Träger und Modulator. Natürlich kann ein Modulator seinerseits wiederum von einem weiteren Oszillator moduliert werden. Ein paar Algorithmen (unten jeweils die Träger oben die Modulatoren): wie das klingt? weiter unten gibts audiodemos...! achtung: FM ist NICHT Crossmodulation, siehe Kreuz/Crossmodulation..

find a complete "how to make a bass with FM" tutorial here / Tutorial für FM Bass Sounds hier.. [3]

Jeder dieser Oszillatoren hat eine Hüllkurve und einen Ausgangslevel. (Übrigens: wenn man die Oszillatoren alle parallel schalten würde bekäme man ein additives Verfahren mit allerdings sehr wenigen Oszillatoren und damit eben nur 4 oder 6 Harmonischen zustande. Wie es auch von Zugriegelorgeln verwendet wird, allerdings mit Hüllkurven für jeden Zugriegel.(Lautstärke jedes Oszillators). Ok, genug abgeschweift. Die oben erwähnte Rückkopplung auf sich selbst bewirkt ein Zunahme der Obertöne bis zum rauschähnlichen Geräusch, durch die geschickte Einstellung der Lautstärken und vor allem der Frequenzverhältnisse lassen sich noch heute sehr interessante Klänge entlocken. Wenn die Frequenzen nicht in Verhältnissen, sondern wie „gewohnt“ einfach in Hertz eingestellt wird kann man die Palette der Klänge nochmals erweitern und einen quasi-LFO „basteln“. Trotzdem befinden sich an Bord der FM Synthesizer 1 oder 2 LFOs die man auf die Oszillatoren verteilen kann. Neuere FM Synthesizer haben ebenfalls Filter nachgeschaltet obwohl, ja richtig geraten, dies ansich nicht nötig wäre.. Generell bei der Programmierung ist zu erwähnen: Die Wellenform ist bei den Ur-FM Synthesizern Sinus, also völlig ohne Obertöne, welche durch die Modulation erzeugt werden, wenn also noch ein weiterer Modulator dazukommt ist idR damit zu rechnen das hiermit mehr Obertöne hinzugefügt werden. Der Träger ist ein reiner Sinus (oder die eingestellte Wellenform) und hat natürlich auch nur die Lautstärke zu kontrollieren, aber mit der darüberliegenden (modulierender Oszillator = Modulator) Hüllkurve wird bereits der Klang (also das Obertonspektrum) beeinflusst.

Siehe auch AM , Ringmodulation

Klangerzeuger mit FM-Synthese

  • Yamaha DX7 (Hardware), DX, TG77,SY99, FS1R,CX5M / CX5MII, OPL Chips, DX200 and many more.
  • Ableton Operator (Software)
  • Viele mehr

FM Ratio / Frequency

Frequenzen / nominelle Tonverhältnisse

  • 2:1 Oktave
  • 3:2 Quinte
  • 4:3 Quart
  • 5:4 grosse Terz
  • 8:5 kleine Sext
  • 6:5 kleine Terz
  • 5:3 grosse Sext
  • 9:8 grosse Ganzton
  • 10:9 kleiner Ganzton
  • 16:9 kleine Septime
  • 9:5 kleine Septime+

Gibts nicht:

  • 7:6
  • 8:7

In der gleichschwebenden Stimmung ist ein Halbton 12 Wurzel aus 2. Damit ergebene sich folgenden Werte:

  • 1:1.0595 Ein Halbton
  • 1:1.1225 Zwei Halbtöne
  • 1:1.1992 Drei Halbtöne = kleine Terz
  • 1:1.2599 Vier HAlbtöne = grosse Terz
  • 1:1.3343 Fünf Halbtöne = Quart
  • 1:1.4142 Sechs Halbtöne = Tritonus
  • 1:1.4983 Sieben Halbtöne = Quint
  • 1:1.5874 Acht Halbtöne
  • 1:1.6818 Neun Halbtöne = Sexte
  • 1:1.7818 Zehn Halbtöne
  • 1:1.8877 Elf Halbtöne = (große) Septime
  • 1:2.0000 Zwölf Halbtöne = Oktave

FM Ratio to Standard Conversion

SUMMA has done a nice table to check the ratio between the OSCs - since FM is based on RATIOS I can tell you why: it is simply easier because you can also check the harmonic content by ratios.. with standard synth absolute frequencies or octaves you also don't have the RANGE 1:32..

  • 1. Ratio Verhaeltnisse entsprechen der Harmonischen Reihe..
  • 2. Ganze X:Y Ratio Verhaeltnisse ergeben immer eine "reine Modulation"...
  • 3. Gerade bei hoeheren Frequenzen ist die Unterteilung feiner als bei der Oktave/Semitone Einteilung...

the resolution with higher frequencies is much higher with ratios..

DX FM -> VZ Coarse (Halbtoene / semitones)

  • 1 = 0
  • 2 = 12
  • 3 = 19
  • 4 = 24
  • 5 = 28
  • 6 = 30

0.5 = -12 0.25 = -19 0.125 = -24 0.065 = -28 0.0325 = -30

FM Synthesizer Generations..

Generationen von FM Synthesizern - Yamaha -- (FM Generations : http://www.sequencer.de/yamaha/yamaha-fm-synthesizer.html)


!!!! --> weiter mit FM - continue about FM here: Yamaha#first_generation_FM_Synthesizers

Was gibt es alles für FM Synthesizer und wie unterschieden sie sich?

Es bildet sich ansich nur anhand der Anzahl der Oszillatoren ab, also üblich sind 6, es gibt Sparsynths mit 4 und die VAs haben 2. Dh, DX27, 100, 21,DX11 und Operator von Ableton zB haben alle 4 Oszillatoren und weniger komplexe Hüllkurven als die "großen", namentlich DX7, DX7II, DX5, DX1, TG77, SY77, SY99, und es gibt sogar noch welche mit 8, das wäre der FS1R.

Dazu können einige davon nur Sinus, die neuere Generation dann ein paar mehr, die Wellenformen brauchst du nicht so schnell wie man meint, aber es ist ein Unterschied. Dann noch die Integration von Pitchhüllkurve(n) - mit Intensitäten und eben die Struktur der Hüllkurven und loopbarkeit spielt noch eine Rolle.

Das ist schon das WEsentliche, die mit mehr Oszillatoren haben übrigens auch höhere Frequenzen, da hier extremere Verhältnisse eingestellt werden können / müssen. Restliche Modelle und Einordnung siehe SynthWikilink von eben.. Hab hier nicht alle genannt ,aber dort stehen die meisten. Diese Exoten und Keinsynths YS200, FB01 und TQ5 etc. haben nur 4, einige lustige Keyboards haben 2 und im SY22/35/TG33 stecken auch 2OP FM pro OSC, da sind sie aber nur für ein statisches Spektrum zuständig, welches durch Vectorsynthese quasi als Teil eines von 4 OSCs abgefahren werden können und somit eine andere Funktion haben. Sonst aber sind 2 OPs eher nicht so verbreitet bei den Synths, auch wenn es noch ein paar gibt, die lass ich mal weg, auch im Spielebereich etc.

Übrigens ist das alles lineare FM, es gibt auch andere Kennlinien, die aber eher bei Analogen verwendet werden, zB exponentielle FM,..

Die verschiedenen Generationen von FM Synthesizern sind hier: - Yamaha im Abschnitt FM Synthesizer Generations - beschrieben, sie äußern sich im Klang und in der Akkuratheit der Sounds, ältere haben "Geistersounds" besonders bei Bässen, ein Nebeneffekt der früheren kleineren Auflösung, welche ab der Generation des DX7II und DX11 dann deutlich weniger wurde, die alten klingen daher mehr LoFi