FM 톤 생성 작동 방식

“FM 톤 생성"의 FM은 ‘주파수 변조(frequency modulation)’의 약어입니다. 신디사이저 왼쪽에 있는 바퀴 모양의 컨트롤러를 “변조 휠”이라고 하며, 동일한 종류의 변조를 사용합니다. 이 휠은 LFO(저주파 발진기)라는 저주파 발진기의 주파수로 악기의 소리를 변조하여 그림과 같이 원음의 주파수를 약간 높이고 낮추기를 반복(피치를 높이고 낮춤)하여 비브라토 효과를 만들어냅니다.

그렇다면 LFO 주파수가 증가하면 어떻게 될까요?

원래 소리의 주파수와 비슷하거나 더 높은 주파수의 파형을 사용하여 피치를 높이거나 낮추면 우리가 피치로 인식하는 기본 주기 내에서 피치가 상승 및 하강하여 파형이 왜곡됩니다. FM 톤 생성에서도 비슷한 원리로 파형을 왜곡하여 다양한 사운드를 만들 수 있습니다.

실제로는 시간에 따라 선형적으로 변화하는 위상의 진행이 소리로 출력되도록 변경되는데, 여기서는 이미지를 사용하여 복잡한 과정을 설명하겠습니다.

자동차의 회전하는 바퀴를 상상해 보세요.

자동차가 일정한 속도로 주행하는 경우 바퀴의 회전 시간도 일정합니다.

휠의 왼쪽 가장자리에 표시를 한 다음 수직 이동의 트랙을 그래프로 그리면 완벽한 사인파와 유사한 파형이 나타납니다.

자동차 속도가 일정하게 유지되기 위해서는 바퀴가 한 바퀴를 완전히 회전하는 데 필요한 시간도 일정하다고 가정해 봅시다. 이 회전 속도가 고르지 않으면 어떻게 될까요?

예를 들어, 휠이 12시 위치에 도달할 때까지 비교적 빠르게 회전하고, 6시 위치에 도달할 때까지 지속적으로 감속한 다음, 마지막 1/4 회전 동안 빠르게 가속하여 손실된 시간을 만회한다고 가정해 보겠습니다.

이 움직임에 대한 그래프는 그림 2-b와 같이 사인파와는 다른 파형이 됩니다.

이렇게 하면 자동차를 타는 것이 불편할 수 있지만, 바퀴의 회전 속도에 변화가 없는 자동차의 속도와 이 자동차의 전진 속도에는 아무런 차이가 없을 것입니다. 이는 음높이가 동일하게 유지되는 소리의 경우에도 마찬가지입니다.

따라서 이러한 변화(회전의 변화)를 만드는 파형은 '변조 파형'이며, 이 예에서는 자동차 바퀴의 회전 주파수와 동일한 주파수를 가진 사인파라고 가정할 수 있습니다.

회전 변화의 효과를 높이면 마크의 트랙이 복잡해지고 경우에 따라 균일한 회전 주기를 유지하기 위해 역회전이 발생할 수도 있습니다.

그 결과 그림 2-c와 같은 트랙이 생성됩니다.

따라서 바퀴 회전으로 인한 원래의 트랙이 변조되는 파형이고, 회전의 변화를 만드는 제어 파형(가속기에 의한 양의 변화와 브레이크가 아닌 후진 기어에 의한 음의 변화)이 변조 파형으로 간주될 수 있습니다.

다시 소리로 돌아가서, FM 톤 생성의 기본 개념은 파형을 다른 파형으로 변조하여 다양한 새로운 파형을 만드는 것입니다. 다양한 변조 파형 주파수와 변조 레벨을 사용하여 복잡한 변화를 만들 수 있습니다.

예를 들어 원래 파형의 10배 주파수를 가진 파형이 변조에 사용될 때 어떤 일이 발생하는지 살펴봅시다.

이 다이어그램에서 볼 수 있듯이 이러한 방식으로 변조를 사용하면 큰 사인파 내에 작은 기복이 있는 요소가 생성됩니다. 원래 주파수보다 훨씬 높은 주파수 레벨에서 초고주파 고조파 요소가 생성되어 금속성 사운드 요소가 만들어집니다.

EG(Envelope Generator - 엔벨로프 제너레이터)를 사용하여 시간에 따라 변조 파형의 볼륨(변조 수준)을 변경하면 사운드의 어택은 메탈릭하게, 감쇠 및 릴리즈 구간은 점차 부드러워져 시간이 지남에 따라 사운드에 변화를 줄 수 있습니다.

FM 사운드 생성에서 변조 파형에 대한 연산자(사인파 등을 생성하는 장치)를 “반송파”라고 하고, 변조 파형에 대한 연산자를 “변조기”라고 합니다. 이 획기적인 사운드 생성 시스템은 반송파/변조기 조합을 조정하고 각각의 레벨과 엔벨로프를 변경하여 원래 연산자의 파형과 크게 다른 파형을 생성할 수 있습니다.