Subtractive (eksiktmeli) sentez genel olarak daha yaygın olmasına, bilinmesine ve kullanılmasına rağmen FM sentezide aslında onun tam tersi bir mantıkla çalışan ve çok zengin, karmaşık waveformları çok kolay bir şekilde elde edebileceğiniz, basit waveformları hızlı bir şekilde biçimlendirebileceğiniz ve daha çok additive (eklemeli) bir yaklaşımdır. Artık günümüz elektronik müziğinin de önemli bir parçasıdır ama işin en başında belli başlı temelleri oturtmadan bu konuya girişmek biraz karışık ve zor olabilir. Şimdi FM teorisinde temel olan unsurlara bir göz atalım.
FM bir kısaltmadır. Açılımı Frekans Modülasyonu yani İngilizcesi Frequency Modulation diye geçer. Bir dalga biçiminde içinde bulunan tüm harmonikleri çıkardığımızda aslında geriye kalan fundemental frekanstaki Sine wave bir frekans kalır. Bu harmonikler aslında aynı melodiyi çalan piyano ile gitarın arasındaki renk farkının oluşmasındaki sebebinin tam olarak kendisidir. İki enstrumanda aynı melodiyi birebir çaldığında ve gözümüzü kapatıp dinlediğimizde piyano mu yoksa gitar mı çalıyor bunu kolaylıkla ayırtedebiliriz. Bunun sebebi harmoniklerin iki enstrumanda çok farklı şekillerde olmasından kaynaklıdır. FM sentezinde de bir çok çeşitli waveform'lar kullanılmasına karşılık temel olarak aslında iki Sine wave dalga formunun karıştırarak yapılır. Buradaki önemli noktalardan biri bu karıştırma işlemi bir mikserde summing yapmak gibi birşey değildir. FM sentezinde 2 OSC var ise OSC'lerden biri diğerinin frekansını modüle eder. Bu osilatörlerden dinlediğimiz osilatöre "Carrier", diğer modülasyon görevini yapan osilatörede "Modulator" ismi verilir. Buradaki müzik adına olan bir diğer önemli konu ise FM modülasyonu olabilmesi için kulağımızın duyabildiği 20hz ile 20khz arasında frekanslar olmalıdır. Aslında osilatör ve LFO dediğimiz şeyler tamamen aynı şeydir. Aynı işleri yaparlar. Aynı şekilde frekanslar ve waveformlar üretirler. FM sentezinde ise modüle eden OSC 20hz'in altına düşerse bu artık bir frekans olarak kulağımızda duyulmaz ve diğer osilatörede yaptığı etki FM sentezi olmaz. Onun yerine bir vibrato imiş gibi bir LFO modülasyonu ortaya çıkar. FM sentezi olabilmesi için dinlediğimiz osilatörün ve modüle eden osilatöründe 20hz ile 20khz arasında olması gerekmektedir. Sonuç olarak yep yeni bir frekans aralığı ve yepyeni bir waveform oluşacaktır. Yani aslında waveform'u ve spectrum'u değiştirebilmek için sadece bir resonant filtreye ihtiyacımız yok. Çok daha başka şekillerde bunu sağlayabilmek mümkündür. Temel olarak 3 çeşit FM type bulunur. Bunlar Exponential FM, Linear FM ve Through Zero (Thru Zero yada TZ) FM'dir.
FM sentezi 20. yüzyılın ortalarına gelindiğinde sesi taşımanın bir yolu olarak görülüyordu ve radyo yayınlamak için kullanılıyordu. Bu sebeple duyma aralığının çok daha üstünde yüksek frekanslar kullanılıyordur. John Chowning bu güne kadar FM sentezine en büyük katkılarda bulunan insandır. Çalışmalarına 1960'lı yıllarda California'da Standford Üniversitesi'nde başlamıştır. FM tam olarak 1967 yılında keşfedilmiştir ve son halini almaya başlamıştır diyebiliriz. FM sentezindeki "Algorithm" tanımı ise Yamaha tarafında 1973 yılında lisanslanmıştır. Yamaha tarafından ticarileştirilen bu uygulama aslında tam olarak Phase Distortion sentezine ciddi oranda benzemektedir ve sonuçlar matematiksel olarak neredeyse %90 aynıdır. John Chowning daha çok dijital FM sentezini geliştirmiştir ve FM sentezi bu adımdan sonra son şeklini almıştır. Yamaha 1974'te ilk dijital synthesizer prototip'ini yaptı. 1978'de New England Digital Synclavier Yamaha'dan aldığı patent ile bir tasarım yapmıştır. 1981'de ise Yamaha GS-1 tasarımını yayınladı. Yamaha'nın 1983 yılında piyasaya sürdüğü DX7 ise ilk başarıya ulaşmış dijital synthesizer olarak bilinmektedir. Yamaha FM sentezi patentini aldığı için Phase Distortion yaklaşımını Casio CZ serilerinde geliştirir ve bu yöne doğru yönelir. Analog sistemlerde ve synthesizer'lar da ise FM ve AM tekniklerini ilk uygulayan kişi 1960'lı yıllarda Don Buchla olmuştur. Daha sonrasında bu yaklaşım Moog ve ARP Synthesizer'lar da da sıklıkla kullanılmaya başlandı. FM sentezi John Chowning ve Yamaha'nın getirdiği bu gelişmelerin ardından son şeklini aldığında yaklaşık 20 sene boyunca hep dijital dünyanın bir sentez tekniği olarak bilindi. Analogta ise durum biraz daha farklıydı. FM yapıldığında osilatörler yani Carrier olan osilatör "tune drift" olurdu. Analog dünyada Exponential FM ve Linear FM teknikleri geliştirilirken Through Zero FM dijital dünya üzerinde keşfedilmiş ve uygulanmıştır. Analogta FM yapıldığında osilatörlerin tekrar tune etmek gerekebilir yada daha atonal bir aralıktaki seçeneklerden faydalınabilinir. Analogta 1v/oct girişi Exponential FM girişi ile aynı şeyi yapmaktadır. İkisindede FM yapıldığında Exponential FM olacaktır. Through Zero FM için yada Linear FM için ise ayrı inputlar tasarlanmış olması gerekir ve sinyali bu girişlere yönlendirmeniz gerekir. Linear FM girişleri herzamann AC coupled olur. Through Zero FM girişlerihem AC hemde DC coupled olabilir. Bu sebepten ötürü AC coupled girişler düşük frekansları yada Envelope gibi 0 ve pozitif aralıkta çalışan DC sinyalleri kabul etmez. Throught Zero FM tekniği ise Carrier osilatörün fundamental frekansını bozmadan-kaybetmeden (tune drift olmadan) modülasyon yapabilir ve harmonikler ekleyebilir. Dijitalde Through Zero FM'e varmak ve kodlamak çok daha kolay iken Exponential FM programlamak dijitalde çok daha büyük bir çaba ister. Aynı durum ise analogta tam tersidir. Exponential FM analog dünyanın doğasında var iken through zero mantığı analog dünyada çok uzun yıllar keşfedilmemiştir. VAEMI olarak ise bizim yaptığımız şey ve durduğumuz noktaya bakarsak biz bu dijital dünyanın bu Through Zero FM yada Phase Distortion Synthesis ile elde edilen dalga formlarının analog dünyada birebir aynı matematiği uygulamayı ve bir Operator olarak kullanabileceğiniz analog voltaj kontrolü bir Through Zero FM özelliğine sahip bir tasarım geliştirdik. Dünyada bu yaklaşımı uygulayan çok az sayıda firma bulunmasına rağmen waveshaper yaklaşımımızla, Through Hole kaliteli komponentler kullanılarak yapılmış benzeri olmayan ve diğerlerinden de bu şekilde ayrılan yüksek ses kalitesine sahip bir tasarımdır.
FM sentezinde tüm osilatörlere Operator denir. Bir Carrier OSC (Operator) bulunur. Bu Operator aslında daha çok dinlediğimiz osilatördür. Diğer Operator'lere ise modulator denir. Bu Operator'lerde istenirse dinlenebildiği gibi ama genellikle daha çok modülasyon için Carrier olan Operator'e (osilatöre) yada diğer Modulator ve Carrier Operator'lere yönlendirilerek kullanılır. Bir FM sentezinde 2, 3, 4, 6, 8, 10, 12 yada daha çok sayıda Operator kullanıla bilinir. Bu Operator'ler seri yada paralel olarak bağlanarak Carrier Operator'e yönlendire bilinirler. Bu yönlendirmelerin adına Algorithm denilir. 4 Operator'lu bir synthesizer'da yaklaşık 10 yada daha fazla Algorithm bulunabilir.
Şimdi Operator'ün yapısına bir göz atalım. Kısaca Input►Oscillator►Amlifier►Output şeklinde bir audio signal chain bulunur. Amfiyi kontrol eden bir envelope generator bulunur. Keyboard ise osilatörün frekansını ve Envelope Generator'un tetiklenmesini sağlar. Amfiye bağlı olan Envelope Generator FM tınınızı biçimlendirebilmenizi sağlar. (aynı klasik Filter Envelope'ta olduğu gibi)
Analog monofonik bir synth voice kuruyor iseniz bir çok envelope'u aynı anda tetiklemeniz ve osilatörlerin aynı anda tune'larını kontrol edebilmenizde gerekecektir.
Waveformlar yaratırken Through Zero FM mantığında fundemental frekansın aynısı yada 2 katı, 3 katı, 4 katı frekanslar ayarlanarak kullanılır. Yani bu şekilde kullanıldığında fundemental frekansı kaybetmeden FM modülasyonunu daha müzikal bir şekilde kullanabilirsiniz. Bunun dışında kalan frekanslar yada detune operator ayarlamaları her zaman tercihe kalmıştır ve kullanılabilinir. Bu noktada müzikal tınlayan frekansları şu şekilde de ifade edebiliriz. Ayarladığınız fundemental frekansın harmonik derecelerini sırası ile ayarladığınız zaman az önce bahsettiğim müzikal tınlayan ve fundemental frekansın kaybolmadığı FM modülasyonları yapabilirsiniz. Temelde sadece sine wave kullanmamıza rağmen yine Sine wave'leri miksleyerek ve FM modülasyonu yaparak Saw wave yada Square wave gibi wave formlara da rahatlıkla ulaşabilirsiniz.
Sonuç olarak bazı önemli noktalardan ve tüyolardan bahsetmemiz gerekirse genellikle FM sentezi yaparken Sine wave gibi yumuşak duyulan waveformlar seçmeye çalışın. Triangle wave de çok güzel tınlayacaktır. Diğer wave formlar bazen çok sert, keskin sesler çıkarabilirler. Diğerlerini kontrol altına almak çok daha güç oluyor. Saw yada Square wave gibi... Ama tabiki imkansızda değil. Onları da kullanınca çok daha farklı noktalara varabilirsiniz. Belki Operator'lerden birini kendi içinde feedback yaptırarak FM sentezi yapmak ve bu şekilde Sine wave ile Saw wave arasında bir skala elde etme ve o alanda ilerleme şansınızda var. Algorithm'lerinde hepsini deneyin ve hangilerinin nasıl renkler çıkardığını biraz tanımaya çalışın. Bir süre sonra bir öngörüye sahip olacaksınız. FM sentezi ile daha kendinize özel bir tını yakalayabilirsiniz çünkü olasılıkları gerçekten çok fazla geniştir. Sadece temel dalga formları ile sentez yapmaktan farklıdır. Bu şekilde yaklaşarak bir çok synthbass, piyano, bell, chimes, nefesli enstrumanlar, davullar, ses efektleri gibi akustik tınılarda yada daha sürreal düşünüp bir çok şey yapabilirsiniz.