Primeros pasos con FM
La mayoría de los sitios y documentos sobre síntesis FM detallan las matemáticas y la implementación que hay detrás de este asombroso método de síntesis.
En este artículo vamos a ver de forma resumida una introducción práctica para principiantes, para que se pueda ver la programación FM de forma menos intimidante.
Esta guía tiene como objetivo proporcionar una introducción práctica a la Síntesis de Modulación de Frecuencia (FM). A diferencia de muchos recursos que se adentran en las complejidades matemáticas, esta guía se centra en el aprendizaje práctico, para los interesados en la programación de FM especialmente para aquellos que se aventuran en la música OPL2.
Yamaha DX7 y Más Allá
Los principios de la síntesis FM no se limitan a sintetizadores Yamaha FM, como los clásicos DX. A lo largo de estos capítulos, exploraremos sintetizadores que van desde el gratuito Dexed hasta el potente FM8, incluyendo opciones hardware como Alesis Fusion y el TG77 de Yamaha.
Ubicando la FM en el Contexto de Otras Síntesis
Recreando el Conjunto de Armónicos
Al analizar señales musicales, concebimos sonidos útiles como la reunión de parciales cuasi-senoidales y componentes de ruido. La síntesis aditiva y sustractiva tenían sus métodos, pero la tecnología digital permitió diseños más variados y las wavetables añadieron flexibilidad.
El Séptimo Día: John Chowning y la Creación de la FM
John Chowning, en sus investigaciones sobre el vibrato en el CCRMA de la Univ. de Stanford, llevó sus descubrimientos en modulación de frecuencia a Yamaha en los años 80, marcando un hito con los sintetizadores DX.
FM en la Música Electrónica
La FM no se limita a recrear instrumentos; también ha dejado una marca en la música electrónica. Sintetizadores FM, utilizados en discos de los años 80, contribuyeron a sonidos distintivos, como el famoso ‘Lately Bass’.
Camino a la Síntesis FM
Vibrato y Frecuencia Moduladora
El vibrato y la modulación de frecuencia se entrelazan. La FM permite la creación de conjuntos extensos de parciales, controlando fácilmente la extensión del número de armónicos.
¿Qué es FM?
FM es una técnica de síntesis muy versátil y sencilla. Inventada por John Chowning y patentada por alguna empresa, la FM funciona cambiando rápidamente el tono de un oscilador por la salida de otro. La FM al estilo Yamaha en realidad no es modulación de frecuencia sino modulación de fase: Esto produce sonidos similares modificando la posición de lectura en un oscilador por la salida de otro.
¿Por qué FM?
FM sobresale en la creación de sonidos de instrumentos nítidos y semi-realistas, así como tonos de sintetizador únicos. Sus capacidades van desde bajos nítidos y tonos de campana ricos hasta almohadillas cálidas, tonos de teclado, tambores y más.
Programas Recomendados
Explora varios programas para la síntesis FM:
- FM Dreams (Windows): Programa sintetizador de Visual Basic directo, no en tiempo real.
- FM7 y FM8: Sintetizador de FM profesional de calidad, complejo pero con un sonido muy agradable. Viene con ejemplos que realmente destacan el poder de esta técnica de síntesis.
- RadTracker: Tracker de Adlib, compatible con DOSBox. Fácil de usar, muestra parámetros claramente etiquetados en la parte superior de la pantalla.
- MDA DX10 (¿JX10?): Plugin VST gratuito, con un sonido muy primitivo. Intenta ser amigable pero en realidad es bastante restrictivo.
- Hexter (Linux, Windows): Plugin VST/DSSI gratuito que modela un DX7.
- FMHeaven (OS X, Windows): Similar a FM7.
Vamos a profundizar
Comencemos con solo dos operadores. Esto facilita aprender a usar FM. Punto #1: Varias formas de onda son más fáciles de entender que varios algoritmos. Todos conocen varias formas de onda de sus otros sintetizadores. Pero solo estos locos sintetizadores digitales tienen todos esos algoritmos diferentes. Además, es muy difícil entender qué sucede cuando se cambia cualquier parámetro cuando tienes seis u más operadores todos vinculados entre sí.
Pero, por ahora, ni siquiera usaremos más que una onda senoidal. Así que cualquier sintetizador FM básico servirá.
Factores de Modulación
Entender los factores de modulación es crucial. En OPL2, la configuración de modulación actúa como un multiplicador, influyendo en la frecuencia de la nota. Experimentar con los factores de modulación permite crear acordes y tonos diversos.
La configuración de modulación, al menos en el OPL2, es un multiplicador. Es decir, multiplica la frecuencia de la nota por ese número. Entonces, si reproduces un tono de 100 Hz, un multiplicador de 2 será 200 Hz y 3 serían 300 Hz. Se pueden realizar trucos con esto; por ejemplo, si sumamos los operadores en lugar de modularlos, podemos crear acordes utilizando solo una voz.
Primero, observa la relación entre 200 Hz y 300 Hz. Dado que 300 Hz está a medio camino entre 200 Hz y 400 Hz, forma un intervalo de quinta. Esto es muy útil para formar acordes cuando quedan pocos canales. Si se superponen dos de estos, se pueden producir acordes como séptimas completas utilizando solo dos canales. Por ejemplo, una quinta de Do y una quinta de Mi superpuestas producen un acorde de Do7. A medida que los factores de modulación son más altos, los intervalos posibles se vuelven más pequeños.
Nuestra Primera Voz: Un Bajo
Crea un bajo eléctrico simple usando dos operadores. Ajusta el ataque, la decadencia y los factores de modulación para dar forma al tono. Experimentar con el volumen del modulador revela diversos matices, desde un sonido de cuerda hasta tonos tipo campana.
Creando Sonidos de Bajo Eléctrico con FM
La síntesis FM permite crear fácilmente sonidos sorprendentemente realistas de bajo eléctrico. Incluso si no puedes hacer nada más con FM, deberías poder lograr bajos geniales. Aquí tienes una guía:
- Ajusta los ataques de ambos osciladores para que sean instantáneos y las decadencias medianas-lentas, como esperarías en un bajo.
- Establece el portador al volumen completo y comienza con el modulador en cero. Deberías escuchar un agradable bajo de onda senoidal. Si no escuchas nada, probablemente sea porque el oscilador incorrecto está configurado en cero volumen.
- Aumenta el volumen del modulador mientras tocas notas. Notarás que el sonido adquiere una especie de resonancia. Aumentar el modulador aumenta el brillo del tono. No lo subas demasiado o comenzarás a escuchar esos sonidos desagradables que obtenías de músicos de videojuegos desconcertados que escribían para un sistema basado en FM.
Explorando Nuevos Sonidos de Impacto
Ahora que hemos creado un tono utilizable, veamos si podemos asustar al gato. Aumenta el factor de modulación del modulador y el sonido producirá un clangor cada vez más agudo. Además, el sonido debería volverse un poco más delgado. Ajusta el volumen del modulador hacia arriba o hacia abajo, y la intensidad (pero no el tono) del componente de clangor cambiará. Si dejamos las decadencias bastante largas y bajamos el volumen del modulador a un nivel responsable, esto creará tonos tipo campana. Si tocas otra nota de campana encima, pero ligeramente desafinada, sonará mucho mejor. Un factor de modulación bastante alto en el modulador y con una decadencia corta en ambos (con una decadencia más corta en el modulador que en el portador) crea un agradable sonido de marimba.
Punto #2: El volumen del modulador y el factor de modulación afectan el brillo del sonido, aunque no necesariamente se corresponden directamente. El factor de modulación del modulador en un par de dos operadores es en parte responsable de determinar cuántas frecuencias altas se introducen en el sonido, y el volumen del modulador describe generalmente cuánto de eso deseas.
Trompeta y Clarinete FM
Ahora que tenemos una sensación general de lo que hacen algunos de los parámetros, podemos recrear algunos tonos clásicos de FM. Nuevamente, deja el volumen del modulador a la mitad y establece ambos factores de modulación en 1. Si reproduces el sonido bajo, sonará como nuestro bajo original. Ahora, disminuye la cantidad de ataque en ambos osciladores para imitar el ataque de una trompeta real. Si luego reproduces el sonido resultante más arriba, de hecho se asemejará a una trompeta. No es un sonido de trompeta muy bueno, pero recuerda a ese instrumento. Prueba con otras proporciones también; por ejemplo, 2/3 se considera un sonido de clarinete. Es probable que aquellos que intenten los ejemplos clásicos de FM esperando obtener un tono utilizable en su música se decepcionen rápidamente; estos son más una especie de demostración de la versatilidad de FM que agradables sonidos de instrumentos.
Retroalimentación FM
La retroalimentación es donde la salida de un oscilador se retroalimenta y se utiliza como onda moduladora. En los sintetizadores FM de Yamaha, como el OPL2, creo que la retroalimentación toma la última muestra generada por el par y la agrega a la modulación del portador. Esto es útil porque simula tener más operadores de los que realmente tiene el sintetizador. De hecho, se puede crear una trompeta FM mejor que el ejemplo clásico utilizando solo un operador de FM autooscilante. La retroalimentación tiende a hacer que los sonidos sean más nítidos (más parecidos a un saw o cuadrado tradicional) y, si se aumenta lo suficiente, ruido.
Punto #3: Los operadores que se auto-modulan, o la retroalimentación, pueden producir tonos agudos y ruido.
Modelando Baterías con FM
Redoblante (Snare)
Inicialmente, la mayoría de las personas intenta hacer un redoblante utilizando solo ruido. Esto no funciona tan bien porque carece del cuerpo del sonido (el tono). De hecho, suena como alguien escupiendo. Para lograr un redoblante convincente, necesitas tres cosas: ruido, tono y un sonido de golpe. Una ventaja de la síntesis FM es que puedes darle al redoblante un poco más de énfasis que con la síntesis aditiva convencional. Primero, configura el algoritmo de la siguiente manera:
1-2 +->salida 3-4
Como puedes ver, tenemos dos pares de modulación (1 y 2, 3 y 4). Las salidas de estos se suman (mezclan) para crear el sonido final. Si estás utilizando algo tan básico como un OPL2 que solo hace pares, puedes activar dos canales: uno para el tono y otro para el ruido. Llamemos a los operadores 1 y 2 el par de ruido y a los operadores 3 y 4 el par de tono.
Para el par de ruido, ajustaremos la retroalimentación al máximo y ambos operadores al volumen completo. Esto debería crear algo cercano a ruido puro. Para hacer el ruido más puro y suave, puedes aumentar los factores de modulación. Para que el redoblante suene más, puedes bajar ligeramente el modulador (dejando los factores de modulación en 1:1). Asegúrate de que el modulador no tenga decaimiento.
El tono es la parte divertida. Queremos una onda sinusoidal con un golpe al principio. Para hacer esto, ajusta el volumen del modulador alto y haz que decaiga muy rápidamente (en un par de docenas de milisegundos). El portador debería decaer aproximadamente a la misma velocidad que el portador del ruido.
Ahora, reprodúcelo de modo que el tono del redoblante esté en el rango medio, alrededor de 300 Hz. Puede que tengas que bajar un poco el componente de ruido para que se mezcle más suavemente, pero si lo haces bien, obtendrás un redoblante sintético convincente.
Hi-Hat
La mayoría de los otros tambores pueden hacerse con solo un par. Intentemos un hi-hat. Primero, ajusta el factor de modulación del modulador alto y sube el volumen al máximo. Establece los decaimientos como esperarías que decaiga un hi-hat. Un hi-hat abierto se puede hacer con un decaimiento más largo. Ahora, coloca el nivel de retroalimentación al máximo. Disminuye lentamente el volumen del modulador hasta que escuches un agradable sonido metálico. Una buena cosa sobre la FM es que, dado que el ruido se genera a partir de una onda senoidal, es fácil hacer efectos de ruido cíclicos como este.
Bombo (Bass Drum)
En un bombo aditivo ordinario, tendrías dos componentes. Uno sería una onda sinusoidal que se desliza rápidamente hacia abajo para proporcionar el golpe profundo del tambor. El otro es, al igual que en el redoblante, un golpe que llama la atención del oyente al inicio del sonido. Nuevamente, lo genial de la FM para tambores es el fuerte golpe que puede crear. Entonces, para el deslizamiento, quieres comenzar alrededor de 200 Hz y bajar hasta alrededor de 60 Hz. Es agradable tener un bombo que se deslice hasta un nivel aún audible y se desvanezca allí. Experimenta con la afinación del bombo, mira qué te gusta. Ahora, para agregar el golpe, agregaremos el oscilador modulador a aproximadamente la mitad del volumen. Este golpe debería decaer aún más rápido que el del redoblante. No queremos que el oyente note mucho el golpe, pero debería ser lo suficientemente largo como para agregar ese golpe extra. Jugar con el factor de modulación de la onda del modulador puede dar mejores resultados.
Otras Formas de Onda
A veces, las ondas senoidales puras simplemente no te dan ese tono que buscas. Pero en la FM, las otras formas de onda tienden a no tener un rango completo de frecuencias (como en un sintetizador sustractivo). Por ejemplo, un sintetizador podría tener una onda senoidal y luego varias derivadas de ondas senoidales. Un sintetizador que estoy escribiendo presenta una onda cuadrada, pero es una onda cuadrada apagada porque modular por un uno completo crea tonos altos desagradables. Introducir formas de onda no relacionadas con la senoide en un sonido generalmente lo convierte en un tono más sintetizado. Por ejemplo, si hago que mi modulador sea una sierra, el sonido adquiere un tono similar a una sierra (de una manera menos predecible que un sintetizador sustractivo). Algunos sintetizadores FM, como el DX7, solo tienen ondas senoidales, pero también incluyen seis operadores. Estos operadores se pueden sumar para crear una nueva forma de onda antes de usarse como modulador o portador para FM.
Punto #4: Las formas de onda sutiles y complejas tienen un efecto no tan sutil en el sonido resultante en FM.
La Importancia del Coro
Entonces, probablemente estés pensando: “Bien, la FM produce varios tonos diferentes, ¡pero la mitad de ellos son tan delgados!”. Bueno, ¡nadie llegó a ninguna parte con un sintetizador sin un poco de desafinación! Así que, para esos tonos FM más agudos, duplica la salida y desafina un poco. Ni siquiera tiene que ser el mismo tono; una versión más suave de lo mismo (o incluso usando menos osciladores) también puede hacer el truco. Esto ayuda a crear todo tipo de tonos de conjunto convincentes. Por ejemplo, un buen sonido de conjunto de metales se puede lograr con algunos tonos FM zumbadores con ataques similares a los de una trompeta.
En algunos sintetizadores, el modulador se puede desafinar del portador. Esto crea un tono más áspero y es útil para agregar grano a timbres de otra manera nítidos, como los de los instrumentos de viento.
Punto #5: No olvides la superposición y desafinación como en otros sintetizadores.
Configuraciones con 3 o más Operadores
Cascada
rustCopy code
1-2-3->salida
Los operadores en cascada se pueden utilizar para producir un timbre mucho más complejo de lo que es posible con cualquier configuración de 2 operadores. Siempre pienso en esta configuración para tonos relacionados con cuerdas. Por ejemplo, el primer modulador se puede utilizar como un sonido de púa que modifica el tono del último par. Se pueden crear timbres ricos como bajos de golpe si el primer modulador es lo suficientemente alto y no se apaga rápidamente. Efectos de ruido con tono o efectos de distorsión también se pueden crear si el primer conjunto de operadores se utiliza para crear ruido de retroalimentación.
Doble Modulador
diffCopy code
1 +-3->salida 2
En un OPL2/3 o un Yamaha TX81z, tenemos el lujo de tener varios tipos de formas de onda. Sin embargo, en muchos otros, como el FB-01 o el famoso DX7, solo hay una onda senoidal. Esto no es necesariamente una desventaja, ya que ¡se pueden sumar varias ondas antes de usarse como modulador! El efecto es el de un “espectro adicional superpuesto al original” (Moore, Elementos de la Música por Computadora, p.330).
Recuerda que un bajo número de armónicos es necesario para una forma de onda adicional de FM: varias formas de onda clásicas se pueden hacer con tan solo tres osciladores. Una ventaja de hacerlo con múltiples osciladores en lugar de con una forma de onda plana es que cada oscilador puede tener su envolvente independiente. Una posibilidad es que los armónicos más altos podrían apagarse más rápidamente.
Tipos de Formas de Onda OPL
Las formas de onda OPL no son formas de onda clásicas puras como una cuadrada o una sierra. Se derivan de ondas senoidales. Por ejemplo, las formas de onda 1-3 se crean leyendo la tabla senoidal en diferentes órdenes. La forma de onda 1 es simplemente la mitad del ciclo senoidal con la segunda mitad en blanco. La forma de onda 2 reproduce la primera mitad senoidal dos veces seguidas. Finalmente, la forma de onda 3 es un cuarto de ciclo senoidal seguido de un cuarto de ciclo en blanco. El corte abrupto del ciclo en la forma de onda 3 la hace la más afilada de las cuatro formas de onda OPL2.
Formantes en FM
Un grupo de formantes es una región en el espectro de frecuencias que enfatiza un tono específico y sus frecuencias circundantes. Esto se ve típicamente como una forma de montículo en el gráfico de frecuencias centrado en una frecuencia particular. En FM, una forma similar se puede crear colocando la frecuencia del portador por encima del modulador. A medida que se aumenta el factor de modulación del portador, el centro del formante se desplaza. Por ejemplo, supongamos que comenzamos con una proporción de 2:1 dando las siguientes frecuencias:
yamlCopy code
Armónico 1 2 3 4 5 6 7 etc Frecuencia (Hz) 262 523 785 1047 1308 1570 1832 etc
A 2:1, las 3 frecuencias principales son 262, 523 y 785. A 3:1, las frecuencias principales son 785, 1047 y 1308. A medida que subo a 4:1, las frecuencias principales son 1308, 1570 y 1832.
Entonces, ¿para qué son útiles? Resulta que si observas los espectros de instrumentos o el habla, notarás que se pueden descomponer en grupos de formantes. Luego, se pueden sintetizar agregando varios grupos de formantes.
Ejemplo similar mostrado en Snd
Aliasing
Como técnica de síntesis no lineal, la modulación de frecuencia no está limitada en banda. Esto significa que puede producir ondas que contienen frecuencias demasiado altas para una frecuencia de muestreo dada. Cuando una señal contiene una frecuencia tan alta, produce tonos inesperados. Este fenómeno se llama aliasing. Digamos que tomamos una onda senoidal a una frecuencia cercana a la máxima permitida. A medida que aumentamos el tono, las frecuencias escuchadas realmente disminuyen en tono a medida que se envuelven sobre la frecuencia máxima. Un nombre alternativo para este comportamiento es foldover.
Lo que todo esto significa es que un sonido extremadamente agudo puede no sonar igual en diferentes frecuencias de muestreo. Por ejemplo, efectos de ruido cíclico como el hi-hat a continuación pueden crearse con un modulador alto. Sin embargo, si este sonido se reproduce con una frecuencia de muestreo diferente, es probable que suene diferente.
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