Fonctionnement de la génération de tonalités FM

Le FM dans « FM tone generation » est une abréviation de « frequency modulation » (modulation de fréquence). Le contrôleur en forme de roue situé à gauche du synthétiseur est appelé « roue de modulation » et utilise le même type de modulation. Cette roue module le son de l'instrument avec des fréquences provenant d'un générateur d'ondes à basse fréquence appelé LFO (oscillateur à basse fréquence), ce qui fait que la fréquence du son original augmente et diminue légèrement (hausse et baisse de la hauteur) de manière répétée, comme indiqué dans le diagramme, produisant ainsi un effet de vibrato.

Que se passe-t-il lorsque l'on augmente la fréquence du LFO?

L'utilisation de formes d'onde dont la fréquence est proche ou supérieure à celle du son original pour augmenter ou diminuer la hauteur du son entraîne une augmentation et une diminution de la hauteur dans la période fondamentale que nous percevons comme la hauteur du son, ce qui déforme la forme d'onde. Un principe similaire est utilisé dans la génération de sons FM pour déformer les formes d'onde, ce qui permet de créer une grande variété de sons.

En réalité, la progression des phases qui changent linéairement dans le temps est modifiée pour être restituée sous forme de son; un processus complexe que nous expliquerons ici à l'aide d'images.

Imaginez la roue d'une voiture en train de tourner.

Si la voiture roule à une vitesse constante, le temps de rotation de la roue est également constant.

En plaçant une marque sur le bord gauche de la roue et en traçant un graphique de son mouvement vertical, on obtient une forme d'onde semblable à une onde sinusoïdale parfaite.

Supposons que, pour que la vitesse de la voiture reste constante, le temps nécessaire à la roue pour effectuer un tour complet soit également constant. Que se passe-t-il si cette vitesse de rotation est irrégulière?

Supposons par exemple que la roue tourne relativement vite jusqu'à ce que la marque atteigne la position douze heures, qu'elle décélère continuellement jusqu'à ce qu'elle atteigne la position six heures, puis qu'elle accélère rapidement pendant le dernier quart de la rotation pour rattraper le temps perdu.

Le graphique de ce mouvement sera une forme d'onde différente d'une onde sinusoïdale, comme le montre la figure 2-b.

Bien que cela rende le trajet en voiture inconfortable, il n'y a pas de différence entre la vitesse d'avancement de cette voiture et celle d'une voiture dont la vitesse de rotation des roues ne varie pas. Il en va de même pour le son, où la hauteur reste la même.

La forme d'onde qui crée ces altérations—les variations de rotation—est donc une « forme d'onde modulante » et, dans cet exemple, nous pouvons supposer qu'il s'agit d'une onde sinusoïdale ayant la même fréquence que la fréquence de rotation de la roue de la voiture.

L'augmentation de l'effet des variations de rotation entraîne une complexification de la trace de la marque et, dans certains cas, une rotation inverse peut même se produire afin de maintenir une période de rotation uniforme.

Le résultat est une piste comme celle de la figure 2-c.

La trace originale causée par la rotation de la roue est donc la forme d'onde modulée, tandis que la forme d'onde de contrôle qui crée les variations de rotation (les changements positifs étant causés par l'accélérateur, et les changements négatifs par la marche arrière plutôt que par le frein) peut être considérée comme la forme d'onde modulante.

Pour en revenir au son, le concept fondamental de la génération de sons FM consiste à moduler une forme d'onde avec d'autres formes d'onde différentes pour créer une variété de nouvelles formes d'onde. Différentes fréquences et différents niveaux de modulation peuvent être utilisés pour créer des changements complexes.

Par exemple, examinons ce qui se passe lorsqu'une forme d'onde dont la fréquence est dix fois supérieure à celle de la forme d'onde originale est utilisée pour la modulation.

Comme le montre ce diagramme, l'utilisation de la modulation de cette manière produit de petits éléments ondulatoires au sein de la grande onde sinusoïdale. Des éléments harmoniques à très haute fréquence sont produits à des niveaux de fréquence beaucoup plus élevés que la fréquence d'origine, créant ainsi un élément sonore métallique.

L'utilisation d'un EG (générateur d'enveloppe) pour modifier le volume de la forme d'onde modulante (le niveau de modulation) dans le temps rend l'attaque du son métallique, tandis que les sections de décroissance et de relâchement deviennent progressivement plus douces, ce qui permet d'apporter des modifications au son dans le temps.

Dans la génération de sons FM, l'opérateur (le dispositif qui génère des ondes sinusoïdales, etc.) de la forme d'onde modulée est appelé « porteuse », et celui de la forme d'onde modulante, « modulateur ». Ce système de génération de sons révolutionnaire ajuste la combinaison porteuse/modulateur et modifie leurs niveaux et enveloppes respectifs. Il est capable de produire des formes d'ondes très différentes de la forme d'onde originale de l'opérateur.