Cách thức hoạt động của bộ tạo âm FM

FM trong "tạo âm FM" là viết tắt của "frequency modulation". Bánh xe điều khiển hình tròn ở bên trái của synthesizer được gọi là "bánh xe điều chế - Modulation wheel" và sử dụng cùng một loại điều chế. Bánh xe này điều chỉnh âm thanh của nhạc cụ bằng tần số từ một bộ tạo sóng tần số thấp gọi là LFO (low frequency oscillator), khiến tần số của âm thanh gốc tăng và giảm nhẹ (tăng và giảm cao độ) một cách lặp đi lặp lại như trong hình, tạo ra hiệu ứng vibrato.

Vậy điều gì xảy ra khi tần số LFO tăng lên?

Việc sử dụng các sóng hình có tần số gần bằng hoặc cao hơn tần số của âm thanh gốc để tăng hoặc giảm cao độ sẽ khiến cao độ tăng và giảm trong chu kỳ cơ bản mà chúng ta cảm nhận là cao độ, làm biến dạng sóng hình. Một nguyên tắc tương tự được sử dụng trong tạo âm FM để biến dạng sóng hình, cho phép tạo ra nhiều loại âm thanh khác nhau.

Trong thực tế, quá trình thay đổi pha tuyến tính theo thời gian sẽ được biến đổi để tạo ra âm thanh; đây là một quá trình phức tạp mà chúng ta sẽ minh họa bằng hình ảnh.

Hãy tưởng tượng một chiếc bánh xe đang quay

Nếu chiếc xe di chuyển với tốc độ không đổi, thời gian quay của bánh xe cũng không đổi.

Nếu chúng ta đánh dấu một điểm ở mép trái của bánh xe và vẽ đồ thị theo dõi chuyển động thẳng đứng của điểm đó, ta sẽ thu được một sóng hình sin hoàn hảo.

Giả sử để duy trì tốc độ của xe không đổi, thời gian quay một vòng của bánh xe cũng phải không đổi. Vậy điều gì sẽ xảy ra nếu tốc độ quay này không đều?

Ví dụ, giả sử bánh xe quay tương đối nhanh cho đến khi đạt đến vị trí 12 giờ, sau đó giảm tốc độ dần dần cho đến khi đến vị trí 6 giờ, và cuối cùng tăng tốc nhanh trong 1/4 của vòng quaycuối để bù lại thời gian đã mất.

"Đồ thị mô tả chuyển động này sẽ là một sóng hình khác với sóng sin, như hình 2-b. "

Mặc dù điều này sẽ khiến việc lái xe trở nên khó chịu, nhưng nó sẽ không ảnh hưởng đến tốc độ di chuyển về phía trước của chiếc xe, cũng như tốc độ của một chiếc xe có tốc độ quay bánh xe không đổi. Điều này cũng tương tự đối với âm thanh, trong đó cao độ vẫn giữ nguyên.

Dạng sóng tạo ra những thay đổi này—những biến đổi trong quá trình quay—chính là một "dạng sóng điều biến - modulating waveform" và trong ví dụ này, chúng ta có thể cho rằng đó là sóng sin có cùng tần số với tần số quay của bánh xe ô tô.

Khi tăng mức độ biến đổi trong vòng quay, dấu vết của điểm đánh dấu sẽ trở nên phức tạp hơn, và trong một số trường hợp, thậm chí có thể xảy ra hiện tượng quay ngược để duy trì chu kỳ quay đều.

Kết quả là một bản nhạc như thể hiện trong hình. 2-c.

Như vậy, đường cong do bánh xe quay tạo ra chính là đường sóng được điều chế, trong khi đường sóng điều khiển tạo ra những thay đổi trong vòng quay (những thay đổi dương do chân ga và những thay đổi âm do phanh hoặc số lùi) có thể coi là đường sóng điều chế.

Quay trở lại với âm thanh, khái niệm cơ bản của tạo âm FM là điều chế một sóng bằng các sóng khác để tạo ra nhiều sóng mới. Các tần số và mức độ điều chế khác nhau có thể tạo ra những thay đổi phức tạp.

Ví dụ, hãy xem điều gì xảy ra khi sử dụng một sóng có tần số gấp 10 lần tần số sóng gốc để điều chế.

Như hình vẽ cho thấy, việc sử dụng điều chế theo cách này tạo ra những phần tử sóng nhỏ dao động bên trong sóng sin lớn. Các phần tử sóng hài tần số cực kỳ cao được tạo ra ở mức tần số cao hơn nhiều so với tần số ban đầu, tạo ra một thành phần âm thanh kim loại.

Bằng cách sử dụng một bộ tạo EG (envelope generator) để thay đổi biên độ của sóng điều chế (mức độ điều chế) theo thời gian, phần tấn công của âm thanh sẽ trở nên kim loại, trong khi phần suy giảm và thả lỏng dần trở nên nhẹ nhàng hơn, cho phép thay đổi âm thanh theo thời gian.

Trong quá trình tạo âm FM (Điều chế tần số), thiết bị tạo ra các sóng sin (và các dạng sóng khác) được gọi là "sóng mang" (carrier), còn thiết bị tạo ra sóng dùng để điều chế sóng mang được gọi là "sóng điều chế" (modulator). Hệ thống tạo âm này bằng cách điều chỉnh sự kết hợp giữa sóng mang và sóng điều chế, cũng như thay đổi biên độ và bao của chúng, có thể tạo ra những dạng sóng hoàn toàn khác so với dạng sóng ban đầu của sóng mang.