Knobwerk
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第 10 课

FM 合成:用两个正弦波凭空造配方

一个你听得见的载波,一个你听不见的调制波。比率挑选谐波配方,调制量决定亮度。

第 2 课教过你音色是一份谐波配方,第 4 课教你把丰富的波形下去。FM 合成则是从零把配方造出来——用两个正弦波,最空无一物的声音。一个正弦是载波(carrier),是你听到的那个音;另一个是调制波(modulator),永远到不了喇叭:它以每秒几千次的速度摇晃载波的频率。频率被晃得这么快,就不再是颤音了——载波周围凭空出现新的频率,叫边带(sidebands)。这些边带,就是你新声音的谐波。

比率挑选配方

边带落在载波 ± 调制频率的整数倍处——一把等距的梳子。所以两个频率的比率决定你拿到哪份配方,而这些家族你早就认识:1:1 把边带铺满每一个谐波——锯齿波家族。2:1 只落在奇次上——空洞的方波/单簧管家族。更大的整数给出更稀疏、更铜管、更鼻音的组合。而不是整数关系的比率,会把边带撒到谐波阶梯之外——这正是 FM 称霸钟声与金属声的原因。

调制量就是亮度

第二颗旋钮是调制波晃得多用力——调制指数(modulation index)。为零时什么也没有:纯正弦。指数上升,能量从载波被取走、向外发牌给越来越多的边带:声音变亮、变硬、最终咆哮。减法音色扫滤波器的地方,FM 音色骑的是调制器电平——同一个音乐手势,相反的机制:滤波器删去已有的,指数创造没有的。

预设:
频谱 + 边带预测

两个正弦波,再无其他。琥珀色刻度是预测的边带位置——载波 ± 调制频率的整数倍——绿色柱是实际输出;拖动比率,看预测和现实一起移动。试过三个预设后,把指数归零再慢慢抬起:你能听见能量离开载波、流向边带。再把微调拨离零点,听钟声浮现。

这就是 John Chowning 上世纪六十年代末在斯坦福找到的算法——两个振荡器干了原本要五十个才能干的活。真正的 FM 合成器会叠更多层:operator 调制 operator,路由图案叫算法(algorithm),每多一层配方空间就翻倍。但那些高塔里的一切,仍是这一课在递归地重复。
在你的设备上

这是 Digitone II 的主场:四个 operator(C、A、B1、B2),一颗 ALGO 旋钮决定谁调制谁,每个 operator 有自己的 RATIO,它们的 LEV 就是各自的调制指数——还有 DTUN,专门负责你刚才造出的失谐钟声。FM DRUM 机型是同一引擎的打击乐调校: