筆者在前幾介紹8 bit紅白機風格島嶼天光的文章中，提到能夠透過產生特定波形以發出聲音的PSG音源，然而受制於對波形的控制能力有限，PSG音源只能發出呆板的電子音，後來出現的FM音源有更強的波形控制能力，因此可以提高聲音的擬真程度，這次筆者就來進一步介紹FM音源的原理。

透過調頻產生更複雜波形

FM音源的基礎就是頻率調變（Frequency Modulation，即調頻），頻率調變的基本原理為將變動的訊號與恆定的載波進行合成，產生各點瞬時頻率不同的合成波。從下方圖片中，可以看到綠色的線條代表恆定的載波，當混入紅色的訊號之後，就會產生藍色的合成波。FM音源就是透過這種方式產生新的合成波，只需控制輸入訊號就可產生各種不同合成波，除了可以透過輸入頻率為載波整數倍的訊號，來產生諧波音(harmonic sounds），也可以透過輸入非整數倍頻率訊號，產生偏差音（inharmonic sounds），能夠產生比PSG音源使用的單純波形更加複雜的合成波。

▲只需控制輸入訊號，就可產生結果不同的合成波。（圖片來源：維基百科，圖片作者：Gvf）

控制包絡線提高擬真度

回到聲學的角度，聲音的變化主要可以分為音量、音調、音品等3大要素，音量、音調只需改變波形的振幅與頻率，然而音品則受波形整體的「形狀」影響。筆者在後面列出鋼琴、吉他、笛子等3種樂器的波形列出，可以看到各樂器的波形中各部分的振幅與頻率都不同，其包絡線（envelope，簡單地說就是把波形包起來的線）也不同，這些差異造就了不同樂器聆聽上感受的差異。PSG音源只能夠控制音量、音調，無法改變產生聲音的音品，而FM音源還可以透過控制特定參數的方式，改變輸出合成波的包絡線。

以Yamaha YM2203晶片的功能為例，使用者可以控制下列5組參數，來改變合成波的包絡線。

Attack Rate：音量從發出開始向上爬升的斜率

Decay Rate：從最大音量開始衰退的斜率

Sustain Level：聲音持續發聲時的音量

Sustain Rate：持續發聲期間衰退的斜率

Release Rate：發聲結束時音量衰退的斜率

就是由於FM音源能夠透過這些方式，讓產生的波形更貼近真實樂器（包括包絡線），所以能夠更貼近地模擬不同樂器的音品，演奏出更逼真的音樂。

▲吉他音色範例。

▲鋼琴音色範例，能夠看到頻率與吉他相差甚大。

▲笛子音色範例，包絡線的走向與上述2種樂器完全不同。

▲最簡單地說，包絡線就是畫條包住波形的線。（圖片來源：滴了庵日録）

▲YM2203晶片可以透過5組參數控制輸出波形的包絡線。（圖片來源：滴了庵日録）

▲Mega Drive版Michael Jackson's Moonwalker的音樂，該主機搭載Yamaha YM2612音效晶片，可以輸出6頻道FM音源。Michael Jackson名曲Beat It在FM音源的詮釋下，帶著濃厚的金屬感，是PSG音源無法達成的表現。