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Klangsynthese, Sound Design und Klangbearbeitung - Teil 21

Frequenzmodulation oder FM Synthese

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In einem früheren Artikel hatte ich bereits die FM Synthese als eine der verschiedenen Synthesearten erwähnt. Nun ist es an der Zeit diese ein wenig genauer anzuschauen…

Amplitude Modulation oder AM Synthese

Im vierzehnten Teil haben wir bereits Ring Modulation besprochen und in den letzten zwei Artikeln sahen wir wie eine Hüllkurve auf eine Wellenform angewendet werden kann (um Grains zu erzeugen - wisst Ihr noch?). Nun diese zwei Prinzipe können direkt auf die Amplituden Modulation angewendet werden. 

Wie bei der Ring Modulation gibt es auch hier ein Carrier Signal (C) dessen Amplitude durch ein Modulating Signal (M) moduliert wird. Der Unterschied liegt darin, dass in der Ring Modulation die M Wellenform „Bipolar“ ist, also von positiven zu negativen Werten oszilliert (über und unter Null). 

 

In der Amplituden Modulation ist das modulierende Signal dagegen „Unipolar“ - es exisitiert also nur in der positiven Domäne. Und das ist auch wie sich die Amplituden Modulation im Gegensatz zu einer Hüllkurve verhält - in diesem Fall eine Hüllkurve die sich zwischen 0 und 1bewegt. Solange das Modulationssignal nicht innerhalb des hörbaren Bereichs liegt (also nicht höher als 20 Hz) agiert es als Hüllkurve für das Carrier Signal. Das Resultat ist eine Art Tremolo. 

Übersteigt die Frequenz von M jedoch den hörbaren Bereich so trifft es auf C und generiert Frequenz Sidebands (Seitenbänder) - genau wie bei einem Ring Modulator. Es gibt im Gegensatz zu einem Ring Modulator jedoch einen bedeutenden Unterschied: Während dieser die Frequenz der Carrier Wave verschwinden lässt so wird sie bei der Amplituden Modulation in den Sidebands beibehalten. 

Über Frequenzmodulation, Vibrato und Radio

Okay, keine weiteren Ablenkungen mehr. Nach diesem kurzen Exkurs in die Amplitudenmodulation können wir uns endlich der Frequenzmodulation widmen, die man auch als FM kennt. 

Die FM Synthese basiert ebenfalls auf dem Prinzipt eines Carrier (C) Signals das durch ein Modulationssignal (M) moduliert wird. Der Unterschied liegt darin dass das Modulationssignal sich nun nicht mehr auf die Amplitude des Carrier Signals sondern auf dessen Frequenz auswirkt.

La synthèse à modulation de fréquence (FM)

Während die Amplitudenmodulation mit dem Tremolo Effekt gleich gesetzt werden kann so kann die FM Modulation also Vibrato Effekt beschrieben werden. Die FM Synthese kann tatsächlich als extreme Form dieses Effektes beschrieben werden. Spielt man mit dem Vibrato herum so merkt man, dass ab einem bestimmten Punkt der Vibrato Effekt verschwindet und ein komplexes harmonisches Signal erzeugt…voilà die FM Synthese!

Ihr wundert Euch jetzt vielleicht was der Unterschied zu FM Radio ist? Das ist ziemlich einfach: Der einzige Unterschied liegt darin, dass beim FM Radio das Carrier Signal nicht wahrgenommen werden kann, da es im Frequenzband zwischen 87.5 MHz und 108 MHz liegt. 

Operatoren

Die FM Synthese basiert nicht nur auf der Verwendung von Oszillatoren, sondern viel mehr auf dem Einsatz von so genannten ‚Operatoren‘. Bei einem Operator handelt es sich um die Kombination aus einem Sinus Oszillator, einem VCA/DCA und einer Hüllkurve. 

Die Anzahl Operatoren ist unlimitiert. Operatoren können entweder gegenseitig die Frequenz modulieren, oder ihre Signal können ganz einfach addiert werden. Die zweite Herangehensweise geht über die Frequenzmodulation hinaus und liegt etwas näher bei der additiven Synthese.

Operatoren können ihr eigenes Signal auch als modulierende Wellenform verwenden. Dies resultiert in einem sehr obertonreichen Signal, kann aber auch schnell zu blossem Rauschen oder einem inharmonischem Signal führen. 

Hat jemand Frequenzen gesagt?

Ich spreche hier von einem komplexen Signal und meine das auch so! Bei FM gibt es nicht wie bei der AM Synthese nur zwei Seitenbänder. Theoretisch gibt es da kein Limit. Dies mach dei FM Synthese um so interessanter: Mit nur zwei Oszillatoren…sorry, Operatoren!…erhält man ein Signal das extrem reich an Obertönen ist. Dennoch haben wir es hier nicht mit der additiven Synthese zu tun, da dann eine wesentlich grössere Anzahl Oszillatoren von Nöten wäre. 

Man kann sagen, dass die FM Synthese der Phasenmodulation sehr ähnlich ist - der einzige Unterschied zwischen diesen beiden liegt in der Amplitude der generierten Obertöne. 

Jedes Seitenband entspricht der Carrier Frequenz plus oder minus einem Vielfachen der Modulationsfrequenz. Theoretisch kann dieser Wert beliebig sein, was jedoch in der praktischen Anwendung natürlich nicht umsetzbar wäre. Doch dazu dann mehr im nächsten Artikel!

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