2022年10月28日|Native Instruments

什么是 FM 合成？

合成

FM 合成为我们带来了电子音乐中最具辨识度的一些经典声音。FM 钟音、电钢琴（e-piano）以及空灵的 pad 音色构成了 80 与 90 年代的音乐之声，而如今最新的 FM 合成器依然是现代制作人不可或缺的强大创作利器。然而，FM 也是最让人望而生畏的合成方式之一，其复杂的界面和专业术语常让不少初学者望而却步。

那么，FM 合成究竟是什么？它又是如何运作的？在本文中，我们将深入解析 FM 合成，带你超越预设，探索其底层奥秘。我们将剖析其背后的原理，攻克相关技术与术语，并回顾一段发展历史。随后，我们还会介绍 FM 合成的一些实际应用，展示如何利用 Native Instruments FM8 强大的音频引擎，只需几个简单步骤即可打造出干净、出彩的声音。

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什么是 FM 合成？

FM 代表频率调制（Frequency Modulation）。FM 合成是指用一个波形去调制另一个波形的频率，从而在输出端生成第三个复杂的合成波形。

用一个波形去调制另一个波形的频率意味着什么？如果你曾将合成器的 LFO 连接到振荡器的音高参数以制作颤音（vibrato）效果，那么你其实就已经听到过实际运作中的频率调制了。如果你将 LFO 的速率提升到音频范围（即每秒数百次甚至数千次振荡），它就会开始不仅改变输出的音高，还会改变其音色。这就是 FM 合成——由你的 LFO 提供“调制波（modulator）”，原有的振荡器提供“载波（carrier）”。

这种方法仅需几个简单的振荡器就能生成极其复杂的波形。与其他合成类型相比，它让我们能够打造出传统减法合成难以企及的奇妙独特之声。

FM 合成术语详解

在深入 FM 合成的世界之前，我们首先需要厘清基本概念。一旦掌握了这些定义，FM 合成的世界就会显得亲切得多。

在 FM 合成器中相互组合的简单波形被称为操作器（operators）（而非减法合成器中的振荡器）。在 FM 合成器中，操作器可以扮演两种不同的角色：如果它被用来调制另一个操作器，它就是调制器（modulator）；如果它连接到合成器的输出端，它就是载波器（carrier）。FM 合成通常就是调制器与载波器的各种组合。

FM 合成器中调制器与载波器的具体路由连接方式对最终的声音有着决定性的影响。经典的 FM 合成器会提供固定数量的连接配置供用户选择，每种配置被称为一个算法（algorithm）。而现代 FM 合成器（如 Native Instruments 的 FM8）则允许你随心所欲地自由调整算法结构。

FM 合成器的各个操作器在根据相对关系进行调谐时效果最佳。正因如此，在大多数情况下，我们并不是按绝对音高（以 Hz 为单位的频率）来调节操作器，而是按照它们相对于基频（即在键盘或钢琴卷帘上演奏的音符）的频率比来进行设置。这就是所谓的频率比（frequency ratio）。比率为 1 意味着该操作器的频率与基频相同；比率为 2 意味着它是基频的两倍（即高一个八度），依此类推。

FM 合成的基础配方

要想充分发挥 FM 合成器的威力，了解一些基础配方会大有裨益。例如：如果你用一个比率为 1 的调制器去调制载波器，并将调制器的电平调至 25% 左右，就会产生一种丰富的谐波波形，听起来非常像锯齿波。若想得到方波，只需将调制器的比率调整为 2，并将其电平提升至大约 75% 即可。

当然，当我们超越这些基础配方、涉足减法合成无法企及的领域时，事情才会变得真正有趣。将调制器设置为非谐波比率（例如 1.1）会产生清脆怪异的非谐波音色，而使用非常高的比率（16、18 甚至更高）则会带来截然不同的质感。此外，每个操作器独立的振幅与音高包络使我们能够塑造出谐波成分随时间变化的声音——比如起始音（attack）具有复杂谐波、而尾音更加纯净的 pluck 音色。

FM 合成的历史

FM 合成的源头离不开一个人——John Chowning。20 世纪 60 年代，在斯坦福大学工作的 Chowning 开始探索将频率调制作为一种声音合成方式。斯坦福大学为这项新发明申请了专利，并将其授权给了日本乐器制造商 Yamaha。由于模拟振荡器的音高不稳定，极不适合进行 FM 合成，因此 Yamaha 将重点放在了新兴的数字领域中应用 FM。直到 1980 年，第一款市售 FM 合成器 Yamaha GS-1 才正式问世。紧随其后的是 1983 年推出的 DX7，它彻底改变了大众合成器市场。

Yamaha DX7 带来了与以往模拟减法合成器截然不同的声音。它的音色明亮且精准，并提供了令人兴奋的新功能（如 16 复音）。在音质方面，FM 具有独特的优势，尤其擅长模拟风琴、电钢琴和钟音等真实乐器。这一切——加上亲民的价格——让 DX7 成为有史以来商业上最成功的合成器之一，也是数字时代的代表性象征。

当下的 FM 合成

催生 FM 合成的最初动力——以尽可能少的振荡器创造出复杂的声音——在软件时代已经不再那么紧迫。然而，FM 合成至今仍是核心的音乐制作工具。

来自 Native Instruments 的 FM8（于 2002 年推出的 FM7 的继任者）拓展了 80 年代完善的公式。它具备八个操作器，界面也远比令人望而生畏的 DX7 更加友好。“专家模式（expert mode）”支持对每个参数进行细致入微的控制，得益于灵活的调制矩阵，用户可以随意调整算法结构。与此同时，初学者也可以使用“简易模式（easy mode）”，通过宏控制（macro controls）快速调节声音。

从历史上看，批评者曾指出 FM 用户往往只使用预设，导致 DX7 制作的音乐听起来有些千篇一律。如今，那些老预设依然具有其独特的魅力（只需将 DX7 的 SysEx 文件加载到合成器中，你就可以在 FM8 中尽情体验它们）。而凭借 FM8 经过优化的界面与功能，你无需成为 FM 大师，也能打造出专属于自己的独特而引人入胜的声音。

如何使用 FM 合成

FM8 配备了包含超过 1200 个预设的音色库，涵盖从尖端声音设计到复古 FM 魅力的方方面面。但从零开始构建声音同样能够带来极大的成就感——而且它比你想象的要简单得多。

让我们来看看如何使用 FM8 制作几种简单而实用的声音。一旦你熟悉了这里介绍的基本构建模块，就可以通过多种方式将它们重新组合，探索属于你自己的独特 FM 声音风貌。

如何制作钟鸣音色

首先，在应用程序控制栏（Application Control Bar）的 File 菜单中选择“New Sound”。然后前往 Expert 面板，见证奇迹发生的地方。

FM8 的默认初始预设为我们提供了一个载波器：Operator F。你可以看到它在调制矩阵中处于开启状态（颜色较浅），并路由至输出端。

首先，我们需要开启另一个操作器，并指定其来调制这个载波器。

在调制矩阵中右键点击 Operator E 将其开启。
在 Operator E 下方、与 Operator F 平齐的方框内向上点击并拖拽，将 Op E 指定为 Op F 的调制器。将其数值向上拖动至 50。

接下来，我们需要提高调制器的频率比。

在 Ops 面板中，找到界面左侧 Operator E 的 ratio（频率比），将其设为 22。这会为我们的钟音带来不协和的敲击感起始音（attack）。为了赋予其合适的声音轮廓，我们需要微调其包络。
打开 Env 面板并点击 Op F，打开载波器的包络编辑器。
将保持（sustain）设为零，衰减（decay）设为较短的值。

最后，让我们使用另一个载波器为钟音创造一个更纯净的尾音。