基本介紹
- 中文名：頻率調製
- 外文名：Frequency Modulation
- 別名：調頻
- 簡稱：FM
歷史沿革,基本原理,頻譜計算,複合頻率,社會影響,
歷史沿革
頻率調製（FM）在電子音樂合成技術中，是最有效的合成技術之一，它最早由美國史丹福大學約翰.卓寧（JohnChowning）博士提出。20世紀60年代，卓寧在史丹福大學開始嘗試使用不同類型的顫音，他發現當調製信號的頻率增加並超過某個點的時候，顫音效果就在調製過的聲音里消失了，取而代之的是一個新的更複雜的聲音。
卓寧當時只是在完成無線電廣播發射中最常用的調頻技術（也就是FM廣播）。但卓寧的偶然發現，卻使這種傳統的調頻技術在聲音合成方面有了新的用武之地。當卓寧領悟了FM調製的基本原理後，他立即開始著手研究FM理論合成技術，並在1966年成為使用FM技術製作音樂的第一人。
基本原理
音頻信號的改變往往是周期性的，一個最容易理解音頻調製技術的範例是小提琴和揉弦，揉弦通過手指和手腕在琴弦上快速顫動，使琴弦的長度發生快速變化，從而最終影響小提琴聲音的柔和度。與“FM無線電波”相同，“FM合成理論”同樣也有著發音體（載體）和調製體兩個元素。發音體或稱載波體，是實際發出聲音的頻率振盪器；調製體或稱調製器，負責調整變化載波所產生出來的聲音。載波頻率、調製體頻率以及調製數值大小，是影響FM合成理論的重要因素。
最基本的FMinstrument包括兩個正弦曲線振盪器，一個是穩定不變的載波頻率fc（CarrierFrequnecy）振盪器；一個是調製頻率fm（ModulationFrequency）振盪器。載波頻率被加在調製振盪器的輸出上。載波振盪器是一個帶有fc頻率的簡單的正弦波頻率，當調製器發生時，來自調製振盪器的信號，即帶有fm頻率的正弦波，驅使載波振盪器的頻率向上或向下變動，比如，一個250Hz正弦波的調製波，調製一個1000Hz正弦波的載波，那么意味著載波所產生的1000Hz的頻率，每秒要接受250次的影響產生的調製。制體和載波體都是有頻率、振幅、波形的周期性或準周期性振盪器。
在頻率調製技術中，調製體的振幅同樣對頻率調製起關鍵作用，調製體振幅影響著載波頻率調製後變化的深度，假如調製信號的振幅是0，就不會出現任何調製，因此說，就像在振幅調製（AM）中，調製體的頻率對載波體的振幅有影響一樣，在頻率調製（FM）中，載波的頻率變化同樣受調製體振幅大小變化的影響。
因此，在頻率調製過程中，可以發現：1.調製體的頻率影響載波體的頻率的速度變化。2.調製體的振幅影響載波頻率的深度變化。3.調製體的波形（或音色）影響載波頻率的波形變化。4.載波體的振幅在頻率調製過程中保持不變。
頻譜計算
在簡單頻率調製中，兩個振盪器都只用正弦曲線（Sinusoidal）的波形。不過，由於頻率調製技術可以製造出非常豐富的頻譜，這使得作曲家也不必用頻譜過於複雜的波形完成FM合成。事實上，如用一個頻譜成分非常豐富的波形作為調製體來調製另一個聲音（載波體），調製後的頻譜會極其複雜，以至於聽起來非常粗糙、刺耳。
在載波頻率的任何一邊有一些頻譜構成，其間隔距離與調製的頻率相一致。這些上邊頻和下邊頻是成對地根據調製頻率（fm）的泛音數組合在一起的。用數學的語言解釋，一個簡單的FM頻譜顯示的頻率是fc±kfm.k是一個整數（Integer），可以假定為任何大於或等於0的值，載波成分就是由k=0來顯示的。
頻譜構成中的能量分配，部分地根據頻率偏離的量影響。這種偏離（Deviation縮寫為d）是由調製振盪器產生的。當d=0時，指沒有任何調製發生。增加偏離指數就會產生邊頻，從而獲得更大的能量，但是以犧牲載波頻率的能量為代價。偏離越大，在邊頻之間分配的能量越寬，就會帶來有振幅變化的更大的邊頻數。因此，偏離可以擔當控制FM信號頻譜邊頻的角色。
頻率調製的效果有時與加法合成有類似的地方，兩者的本質區別是，加法合成在基本波形上加上諧波分音，一層又一層，基本波形與其諧波分音同時存在，而FM合成加上去的波形卻完全調製了其基本波形而產生另一種十分複雜的波形，因此，頻率調製技術與加法合成技術是截然不同的兩種合成技術。
複合頻率
複合頻率調製（Composite frequency modulation）包含兩個或兩個以上載波體振盪器和兩個以上調製體振盪器，它能夠產生更多的邊頻，同時也增加了計算的複雜性。複合頻率調製的組合可能性很多，每一種組合都會帶來獨特的頻率合效果。
總體歸這，複合頻率調製至少有5個基本組合方式。
一、有各自獨立調製器的多載波組合
（Additive carriers with one modulator）
這個組合包括兩個或更多簡單的FM instruments同時工作，所獲得的效果是每個FM instruments輸出的總和（圖例符號縮寫中，al表示載波1的振幅，fl表示載波1的頻率，d1表示調製體1的頻率偏移，也就是調製體1的振幅，f1表示調製體1的頻率，a表示載波振幅，其他圖示縮寫符號也依此辨別）。
二、只有一個調製器的多載波組合
（Additive carriers with one modulator）
它所獲得的效果是每個載波輸出的相加總和。
三、帶有平行調製器的單載波
（Single carrier with parallel modulators）
四、有多個（逐級）調製器的單載波
（Single carrier with serial modulators）
五、自我調製的載波
（Self-modulating carrier）
所謂自我調製的載波，就是用信號振盪器的輸出調製自身的頻率。振盪器的輸出信號用一個反饋因素（用fb表示）相乘，在被重新輸入到自身的頻率輸入之前加一個頻率值（fm）。反饋因素（用fb表示）在這裡可以被看作是一個調製指數。
由於自我調製的處理技術總是在1：1的頻率比率中工作，因此永遠生成鋸齒波狀的波形。諧波分音的振幅是按反饋因素值（fb）的比例變化的。
社會影響
FM電台1933年獲得專利，近100年來錄製和分享人類社會發展過程中的一個個重要瞬間。然而，屬於它的時代正在走向沒落。
