Definizione
Nella sintesi FM (modulazione di frequenza) un oscillatore, il modulatore, varia rapidamente la frequenza (in pratica, nella maggior parte degli strumenti digitali, la fase) di un altro oscillatore, la portante (carrier). Quando la modulazione è a frequenza audio non si sente un vibrato ma nuove armoniche: le bande laterali. La tecnica fu sviluppata da John Chowning a Stanford tra fine anni '60 e inizio '70 (articolo «The Synthesis of Complex Audio Spectra by Means of Frequency Modulation», 1973), concessa in licenza a Yamaha e resa celebre dal DX7 (1983): 6 operatori, 32 algoritmi, un feedback.
Le due grandezze chiave
- Rapporto C:M (frequenza portante : frequenza modulatore). Le bande laterali compaiono a fc ± n·fm. Con rapporti interi (1:1, 1:2, 2:1, 1:3) lo spettro è armonico; con rapporti non interi (1:1,41; 1:3,5) è inarmonico: campane, metalli, rumori.
- Indice di modulazione (quanto è forte il modulatore, nel DX7 è il livello d'uscita dell'operatore modulatore). Indice basso = poche bande, suono quasi sinusoidale; indice alto = molte bande, suono brillante. L'ampiezza di ogni banda segue le funzioni di Bessel: per questo l'FM «cambia timbro» in modo meno lineare di un filtro.
Esempi di spettro
- C:M = 1:1 → bande a 1, 2, 3, 4… × f: spettro completo, simile a una dente di sega.
- C:M = 1:2 → bande a 1, 3, 5… × f: solo dispari, simile a una quadra (clarinetto).
- C:M = 1:1,4 → frequenze non multiple: campana o vetro.
- C = 220 Hz (A3), M = 440 Hz: bande a 220, 660, 1100, 1540 Hz e frequenze «riflesse» (le bande negative tornano positive con fase invertita).
Operatori e algoritmi
Un operatore = oscillatore sinusoidale + inviluppo. L'algoritmo è lo schema di collegamento: quali operatori sono portanti (si sentono) e quali modulatori. Catene (op2 → op1) danno spettri complessi; operatori in parallelo sommano timbri (additiva FM). Il feedback (un operatore che modula se stesso) produce un'onda simile a una dente di sega o rumore se spinto.
Inviluppi: il segreto dell'FM
Il timbro FM vive nell'inviluppo del modulatore: un modulatore con decay rapido produce un attacco brillante che si spegne in un suono puro, come un martelletto su una corda.
- E-piano (il celebre «E.PIANO 1» del DX7, ovunque nelle ballate anni '80): portante 1:1 per il corpo + modulatore con ratio alto (es. 14:1) e decay brevissimo per il «tine» metallico; velocity sull'indice.
- Basso FM: C:M 1:1 o 1:0,5, indice alto con decay di 150–300 ms, feedback moderato; grande in synthwave e house.
- Campane e tubular bell: ratio non intero (1:3,5), decay lunghi, indice che decresce lentamente.
- Growl e reese FM (dubstep, neuro): LFO o inviluppo sull'indice, ratio 1:1 o 1:2, distorsione a valle.
- Brass FM: indice che cresce con l'attacco (50–100 ms), come il «labbro» che si apre.
Strumenti
DX7 V (V Collection 9), Native Instruments FM8, Dexed (gratuito, emula il DX7), Ableton Operator, Sytrus in FL Studio (matrice FM/RM con 6 operatori), Serum e Vital (FM da un oscillatore all'altro), Arturia Pigments.
Esempio in La minore
Ballata a 70 BPM: Am(add9) – Fmaj7 – C/E – G6 suonati con un e-piano FM (Sytrus o DX7 V): velocity → indice per un attacco più brillante sui colpi forti; chorus leggero; EQ: taglio a 200–300 Hz per non impastare, presenza a 2–3 kHz per il tine. Basso FM 1:1 con decay 200 ms che suona A1 – F1 – E1 – G1.
Errori comuni
- Indice alto senza inviluppo: suono statico e stridente. Muovi sempre l'indice.
- Ratio casuali: lavora prima con interi, poi «stona» di qualche centesimo per battimenti.
- Aliasing: indici altissimi su note acute generano frequenze oltre Nyquist; usa oversampling se disponibile.
Esercizio
- In Sytrus o Dexed parti da due operatori (1 modulatore → 1 portante). Prova i ratio 1:1, 1:2, 1:3, 1:1,41 a indice fisso, poi muovi l'indice con un inviluppo.
- Costruisci un e-piano e un basso FM dalla patch iniziale senza preset.
- Confronta un basso FM e uno sottrattivo sulla stessa linea: quale taglia meglio nel mix?
Collegamenti
«Sintesi sottrattiva», «Sintesi additiva», «Inviluppi, LFO e modulazione», «La serie degli armonici e il timbro», «Sincronizzazione e ring modulation».