Modulation de Fréquence : Exponentielle ; Linéaire ; Through Zero et Modulation de Phase.

Modulation de Fréquence Exponentielle :

C'est celle que l'on retrouve le plus souvent sur les synthés analogique, comme son nom l'indique elle consiste à moduler la fréquence d'un oscillateur par un autre de manière exponentielle. Les entrées 1V/oct. que l'on trouve sur la majorité des VCO ont une réponse exponentielle (pour chaque volt, la fréquence double)

Ce qu'il est important de comprendre c'est que ce type de FM ne peut pas être utilisé en temps que synthèse à part entière car cette technique ne permet pas de conserver la fréquence originale de la porteuse : plus l'on monte l'intensité de la modulation plus la fréquence de la porteuse change, on ne peut donc varier l'amplitude de modulation dans le but de changer uniquement le contenu spectral.

Cette technique peut être utile pour produire des effets ou encore des sonorités où la tonalité n'a pas d'importance.

L'utilisation classique se fait avec des enveloppes, Sample and Hold etc...

Modulation de Fréquence Linéaire :

Plus rare dans le monde analogique, mais assez courant dans les VCO modulaires, la modulation de fréquence linéaire est celle utilisé comme type de synthèse à part entière : elle permet de conserver la fréquence de la porteuse et de n'affecter uniquement que le contenu spectral.

L'amplitude de la modulation est généralement appelée Index, plus l'on monte l'index plus le contenu spectral s'enrichit d'harmoniques. Varier l'index de modulation permet donc de changer le contenu harmonique de la porteuse et est appelé FM dynamique.

C'est une modulation bipolaire, la dérivation doit parcourir la même distance en positif et en négatif. Par exemple, avec une porteuse à 1000Hz, un index de 10% balayera ça fréquence de 1100Hz à 900Hz. La moyenne des 2 donnant toujours 1000Hz, la fréquence est donc préservée (alors qu'en exponentiel, une modulation bipolaire de 1V donnera un balayage allant de 2000Hz à 500Hz, la moyenne des 2 donne 1250Hz, la fréquence de la porteuse n'est donc pas préservée)

Sur la grande majorité des oscillateurs analogiques l'index de modulation est limité à 100% de modulation, c'est à dire que si votre porteuse est à 1000Hz, la dérivation maximum est de 1000Hz car même si l'on peut monter la fréquence de la porteuse à bien plus de 2000Hz, on ne peut descendre en dessous de 0Hz.

Donc pour obtenir un effet intense, la porteuse doit avoir une fréquence élevée, car avec une fréquence basse la modulation est très subtile voir quasi imperceptible.

Attention, si votre modulateur n'est pas bien centré autours de 0V et contient un DC-offset, les parties positive et négative de la modulation ne seront plus équivalentes et la fréquence de la porteuse ne sera pas conservée. De même si vous forcez l'index au delà des 100%, il se produira le même phénomène.

L’entrée de fréquence linéaire est aussi utilisée pour produire des vibratos. Le rendu est généralement plus musical qu'en exponentiel.

Modulation de Fréquence Linéaire Through Zero :

Extrêmement rare dans le monde analogique, il n'existe que 2 designs commercialisés : le Zeroscillator de Cyndustries et le Teezer de Ian Friitz (dispo en DIY).

La principale différence par rapport aux VCO classiques, c'est que les Through Zero permettent de s'affranchir de la limitation de 100% de l'index de modulation car, comme leur nom l'indique, ils sont capable de dépasser le 0Hz et d'aller dans les fréquences négatives (qui sont les mêmes que les positives, mais inversées en polarité).

Ils permettent donc de produire bien plus d'harmoniques et l'on peut obtenir un effet intense même lorsque la fréquence de la porteuse est basse.

La Modulation de Phase :

A priori on pourrait penser que la modulation de phase n'a aucun rapport avec la FM et pourtant c'est ce type de synthèse qui est utilisé dans le fameux DX7 Yamaha (et autres synthés réputés FM).

Bien qu’une modulation lente ne soit perceptible, à partir de quelques Hz le rendu est similaire à un vibrato et dans les vitesses audio est équivalent à la FM linéaire.

Ce procédé comporte plusieurs avantages par rapport a la FM Lin :

-L'index n'est plus limité aux 100% comme pour la FM linéaire des VCO les plus courants.

-Si le modulateur contient un DC offset, cela n'aura pas d'incidence sur la fréquence de la porteuse.

-De même on peut feedback la porteuse vers son entrée de modulation de phase pour obtenir de nouvelles formes d'ondes et conserver la fréquence de la porteuse, ce qui est impossible en FM.
(Par ex : feedback un triangle vers l'entrée PM peut permettre d'obtenir une saw)

Ces 2 derniers avantages sont les raisons pour lesquelles les synthétiseurs numériques comme les DX utilisent cette technique et non une autre.

Cette technique est malheureusement très rarement implémentée dans les modulaires hardwares à l'heure actuelle. En analogique, il existe le Wiard Oscillator mais celui ci ne permet pas de moduler la phase de la sine, mais uniquement des autres formes d'ondes classiques (triangle, saw, square).

En numérique le MOTM E350 Morphing Terrarium propose aussi cette technique.