合成器基础:AM合成器

见过收音机的各位应该经常能在收音机上看到 AM, FM等字样。而到了现在,FM也成了收音、电台的代名词,互联网上有各种以 FM 命名的音乐app。

那么,AM 和 FM 究竟是什么东西呢?它们在音乐制作领域又能有什么应用?

这篇文章里让我们先从最简单的 AM合成 切入,一起推开合成器世界的大门。


一、AM 的概念

AM 是幅度调制(Amplitube Modulation)的缩写。我们先来理解一下幅度调制是怎么一回事。

要完成幅度调制,我们首先需要两个信号。一个称为载波(carrier)信号,另一个称为调制(modulator)信号

我们可以把调制信号M想象成一个音量旋钮。调制信号的幅度越大,代表我们开的音量越大,反之,调制信号越小,代表我们开的音量越小。调制信号的最小值只能为0。

载波信号的振幅,随调制信号的改变而改变。当调制信号的值为1时,载波信号保持不变;调制信号为0时,载波信号就跟着衰减为0。

如果用数学的方法来对这个过程进行描述,我们可以得到以下公式:

已调信号 = 调制信号 x 载波信号


当调制信号的频率远远低于载波的频率时,它并不会对载波的频率成分造成太大的影响。因为它的每一个周期内,载波信号都能完成若干个完整的周期。它所起的作用就是一个音量的旋钮。通过低频的调制信号对载波的调制,我们可以制作如“颤音”之类的效果。

二、AM合成

但是当调制信号的频率上升至接近载波的频率时,有趣的事情就发生了!!

因为调制信号的一个周期里面,载波已经没办法完整地完成一个周期,因此输出的信号里,载波一个周期内就发生了多次变化,载波信号的波形就被改变了,新的音色就产生了。

这里以两个正弦波为例,其中一个为频率400Hz的载波,一个为频率200Hz的调制波。


从时域的角度,我们可以认为

x_1(t)=cos(400t)

x_2(t)=\frac{1}{2}cos(200t)+\frac12

x(t)=x_1(t)\cdot x_2(t)

利用和差化积公式,可以做如下变换:

\begin{split} x(t)&=\frac{1}{2}cos(400t)\cdot cos(200t)+\frac{1}{2}cos(400t)\\ &=\frac{1}{4}[cos(400t+200t)+cos(400t-200t)]+\frac{1}{2}cos(400t) \end{split}

也就是说,这个信号可以分解为载波频率、载波频率和调制频率的和和差。


或者从频域的角度

给调制后的波形做傅立叶变换,我们可以看见这个波形里包含了200、400、600Hz三个频率成分。




事实上,使用 AM合成 ,会在载波的两侧多出两个载波与调制波的和差频率。由于多出来的频率和载波,或者他们互相之间的关系可能奇奇怪怪的,所以使用AM合成做出来的音色听起来会给人一种“脏”、“金属”的感觉。

上面用了两个正弦波作为例子,而使用其他的波形,其实道理也是一样的,但是由于其他波形存在更丰富的频率分量,所以调制之后会产生的音色会更加丰满有趣。

三、AM合成器

由于AM合成简单粗暴,市面上并没有太多专门提供AM合成功能的合成器。FL Studio提供的3xOSC就带有AM合成。想体验AM合成,也可以找一找手头的合成器里是否有提供AM合成的功能。

在AM合成里,调制波形的振幅必须在0以上。那么,如果振幅可以达到0以下,又会发生什么事情呢?


下一篇文章里,让我们一起来了解 RM合成 叭!

相关文章:

Major:合成器基础:合成器是什么zhuanlan.zhihu.com图标Major:合成器基础:RM合成器zhuanlan.zhihu.com图标

编辑于 2019-08-23

文章被以下专栏收录