FM 음원

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1. 개요

FM 음원은 주파수 변조(FM) 방식을 사용하여 소리를 합성하는 기술로, 1960년대부터 개발되어 1980년대 야마하에 의해 상용화되었다. FM 음원은 캐리어 주파수를 모듈레이터 주파수로 변조하여 복잡한 파형을 생성하며, 야마하 DX7과 같은 신시사이저를 통해 널리 사용되었다. 1995년 특허 만료 이후 다양한 제조업체에서 FM 합성을 구현할 수 있게 되었으며, 현재는 소프트웨어 기반 신디사이저와 일부 디지털 신시사이저에서 활용된다. FM 음원은 PC, 아케이드 게임기, 게임 콘솔, 휴대 전화 등 다양한 분야에서 사용되었으며, 특히 1980년대와 1990년대 게임 음악에서 특유의 음색으로 큰 인기를 얻었다.

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FM 음원
개요
범주	사운드 합성
역사
개발자	존 차우닝
개발 연도	1967년
최초 구현	디지털 FM 신시사이저 (1970년대, 야마하)
작동 원리
핵심 개념	반송파 주파수를 변조하여 복잡한 파형 생성
변조 방법	사인파 다른 파형
파라미터	반송파 주파수 변조 주파수 변조 지수 (진폭)
특징
장점	복잡하고 풍부한 음색 생성 가능 다양한 음색 표현 가능 비교적 적은 연산량으로 효율적인 합성
단점	파라미터 설정의 복잡성 직관적인 음색 설계의 어려움
기술적 세부 사항
알고리즘	캐리어와 모듈레이터의 연결 방식에 따라 다양한 구조 존재 대표적인 구조: 캐리어-모듈레이터 직렬 연결, 병렬 연결
연산자 (Operator)	FM 합성의 기본 구성 요소 각 연산자는 파형 생성 및 변조 담당
피드백	연산자 출력을 입력으로 다시 연결하여 음색을 더욱 풍부하게 만듦 자기 변조(self-modulation) 효과
구현
하드웨어	야마하 DX7 야마하 TX81Z 사운드 블라스터 (일부 모델)
소프트웨어	VST 플러그인 형태의 다양한 FM 신시사이저 존재 Max/MSP, Pure Data 등의 환경에서 구현 가능
활용
음악	1980년대 팝 음악에서 광범위하게 사용 전자 음악, 게임 음악 등 다양한 장르에서 활용
음향 효과	금속성 소리, 벨 소리 등 독특한 음색 표현에 사용
관련 용어
캐리어 (Carrier)	변조되는 기본 주파수
모듈레이터 (Modulator)	캐리어 주파수를 변조하는 신호
변조 지수 (Modulation Index)	변조 강도를 결정하는 파라미터
알고리즘 (Algorithm)	FM 신디사이저에서 오퍼레이터 연결 방식
참고 사항
불안정성	일부 아날로그 FM 신디사이저는 불안정성을 특징으로 함

2. 역사

FM 음원 기술은 1960년대부터 현재까지 발전해왔다.

존 초닝은 1967년 스탠퍼드 대학교에서 FM 신디사이저를 개발하고,^[7] 1973년 야마하에 라이선스했다. 야마하는 이를 상용화하여 1980년 최초의 FM 디지털 신디사이저인 야마하 GS-1을 출시했다.^[12]

1983년, DX7의 출시로 FM 음원은 대중화되었고, 1980년대 중반 신디사이저 시장을 주도했다.^[13] 야마하는 1970년대에 관련 특허를 획득, 1990년대 중반까지 FM 기술 시장을 거의 독점했다.^[9]

카시오는 위상 왜곡 신디사이저라는 관련 합성 방식을 개발, CZ 시리즈에 사용했다. 이는 DX 시리즈와 유사하지만 약간 다른 음질을 제공했다.^[13]

1995년 스탠퍼드 대학교의 FM 특허가 만료되어, 다른 제조사들도 FM 합성을 자유롭게 구현할 수 있게 되었다.^[14] 이 특허는 만료 전까지 스탠퍼드에 2000만달러를 안겨주며, 1994년 기준 "스탠퍼드 역사상 두 번째로 수익성이 높은 라이선스 계약"으로 기록되었다.^[14]

오늘날 FM은 네이티브 인스트루먼트의 FM8, 이미지-라인의 시트러스 등 소프트웨어 기반 신디사이저에서 주로 사용된다.

2. 1. 돈 부클라 (1960년대 중반)

돈 부클라는 1960년대 중반, 존 초닝이 특허를 출원하기 이전에 자신의 악기에 FM을 구현하였다.^[5] 그의 158, 258, 259 듀얼 오실레이터 모듈은 특정 FM 제어 전압 입력을 가지고 있었고,^[5] 모델 208 (뮤직 이즐)은 변조 오실레이터를 통해 기본 오실레이터의 FM 및 AM을 가능하게 했다.^[6] 이러한 초기 적용은 아날로그 오실레이터를 사용했으며, 이 기능은 미니무그 및 ARP 오디세이를 포함한 다른 모듈식 신시사이저 및 휴대용 신시사이저에서도 사용되었다.

2. 2. 존 초닝 (1960년대 후반 ~ 1970년대)

20세기 중반까지 주파수 변조(FM)는 소리 전달 수단으로 수십 년 동안 알려져 왔으며, FM 방송을 통해 라디오 방송을 송출하는 데 사용되었다. FM 신디사이저는 1967년부터 캘리포니아 스탠퍼드 대학교에서 존 초닝에 의해 개발되었으며,^[7] 1973년 일본 기업 야마하에 라이선스되었다. 야마하가 상용화한 구현 방식(미국 특허 4018121 1977년 4월^[8] 또는 미국 특허 4,018,121^[9])은 실제로 위상 변조를 기반으로 하지만,^[10] 수학적으로는 FM 신디사이저와 거의 동일한 결과를 나타낸다. 이는 둘 다 기본적으로 직교 진폭 변조의 특수한 경우이기 때문이다.^[10]

2. 3. 1970년대 ~ 1980년대: 야마하의 확장

존 초닝의 알고리즘을 상업용 디지털 신디사이저에 적용하기 위해 야마하의 엔지니어들은 여러 개선을 진행했다. 특히, 주파수 변조 과정에서 아날로그 시스템에 일반적으로 나타나는 왜곡 현상을 피하고자 "키 스케일링" 방식을 개선했다.^[11] 1974년, 야마하는 FM 디지털 신디사이저의 프로토타입을 최초로 제작했으며,^[7] 1980년에는 야마하 GS-1이라는 최초의 상용 FM 디지털 신디사이저를 출시했다.^[12]

1983년, DX7 신디사이저가 출시되면서 FM 음원은 대중화되었고, 1980년대 중반 신디사이저 시장을 주도했다.^[13] 야마하는 1970년대에 FM 하드웨어 구현 관련 특허를 획득하여,^[9] 1990년대 중반까지 FM 기술 시장을 거의 독점했다.

2. 4. 1980년대: 카시오의 관련 기술 개발

카시오는 위상 왜곡 신디사이저라는 관련 합성 방식을 개발하여 CZ 시리즈 신디사이저에 사용했다. 이 방식은 DX 시리즈와 유사하지만 약간 다른 방식으로 파생된 음질을 제공했다.^[13]

2. 5. 1990년대: 특허 만료와 FM의 자유로운 사용

1995년 스탠퍼드 대학교의 FM 특허가 만료되면서, 다른 제조 업체들도 디지털 FM 합성을 자유롭게 구현할 수 있게 되었다.^[14] FM 합성 특허는 만료되기 전까지 스탠퍼드에 2000만달러를 안겨주었으며, 이는 1994년 기준으로 "스탠퍼드 역사상 두 번째로 수익성이 높은 라이선스 계약"이었다.^[14]

2. 6. 2000년대 이후: 현재

오늘날 FM은 네이티브 인스트루먼트의 FM8이나 이미지-라인의 시트러스 플러그인과 같은 소프트웨어 기반 신디사이저에서 주로 찾아볼 수 있지만, 일부 현대 디지털 신디사이저의 합성 레퍼토리에 통합되기도 한다. 일반적으로 감산 합성, 샘플 기반 합성, 가산 합성 및 기타 기술과 같은 다른 합성 방법과 함께 선택 사항으로 공존한다. 이러한 하드웨어 신디사이저의 FM 복잡성 정도는 단순한 2 오퍼레이터 FM에서 Korg Kronos와 Alesis Fusion의 매우 유연한 6 오퍼레이터 엔진, 커즈와일 뮤직 시스템의 최신 신디사이저와 같은 광범위한 모듈식 엔진의 FM 생성에 이르기까지 다양하다.^[14]

야마하 SY99^[15]와 FS1R^[16] 신시사이저는 강력한 FM 기능을 각각 샘플 기반 신시사이저와 포먼트 신시사이저의 대항마로 마케팅했다. 1999년 FS1R 출시 이후 FM 기능을 특별히 강조한 새로운 하드웨어 신시사이저는 시장에서 사라졌지만, 다양한 다른 신시사이저들은 주 엔진을 보완하기 위해 제한적인 FM 기능을 제공한다.

2016년 코르그는 3-보이스, 6-오퍼레이터 FM 방식을 채택한 콤팩트하고 저렴한 데스크톱 모듈인 코르그 Volca 시리즈의 Korg Volca FM을 출시했다.^[17] 코르그는 또한 감산, 아날로그 모델링, 가산, 반 모듈러 및 웨이브쉐이핑을 통합한 [https://www.korg.com/us/products/synthesizers/opsix/ opsix](2020) 및 opsix SE(2023)를 출시했다.

야마하는 2016년에 Montage를 출시했으며, 128-보이스 샘플 기반 엔진과 128-보이스 FM 엔진을 결합했다. 이 FM 방식은 FM-X라고 하며, 8개의 오퍼레이터를 특징으로 한다. 각 오퍼레이터는 여러 기본 파형 중에서 선택할 수 있지만, 각 파형은 스펙트럼을 조정하는 여러 매개변수를 가지고 있다.^[18] 이어서 2018년에는 더 저렴한 야마하 MODX가 출시되었으며, 128-보이스 샘플 기반 엔진 외에 64-보이스, 8-오퍼레이터 FM-X 아키텍처를 갖추고 있다.^[19] 2022년에 출시된 MODX+는 FM-X 엔진의 보이스 수를 Montage와 동일하게 128개로 늘렸다.^[20] Montage는 2023년에 Montage M으로 계승되었으며, 128-보이스, 8-오퍼레이터 FM-X 엔진과 함께 128-보이스 샘플 기반 엔진, 그리고 AN-X로 알려진 새롭게 도입된 16-보이스 3-오실레이터 아날로그 기반 엔진을 사용한다.^[21]

Digitone은 Elektron에서 2018년에 출시한 8-보이스, 4-오퍼레이터 FM 신스이다.^[22]

FM-X 신스는 2016년 야마하 Montage 신시사이저에서 처음 소개되었다. FM-X는 8개의 오퍼레이터를 사용한다. 각 FM-X 오퍼레이터는 선택할 수 있는 다중 스펙트럼 파형 세트를 가지고 있으며, 이는 각 FM-X 오퍼레이터가 3개 또는 4개의 DX7 FM 오퍼레이터 스택과 동일할 수 있음을 의미한다. 선택 가능한 파형 목록에는 사인파, All1 및 All2 파형, Odd1 및 Odd2 파형, Res1 및 Res2 파형이 포함된다. 사인파 선택은 DX7 파형과 동일하게 작동한다. All1 및 All2 파형은 톱니파이다. Odd1 및 Odd2 파형은 펄스 또는 사각파이다. Res1 및 Res2 파형은 스펙트럼 피크를 특정 하모닉으로 이동시키며 악기의 스펙트럼에서 삼각형 또는 둥근 하모닉 그룹을 모델링하는 데 사용할 수 있다.^[23]

3. FM 음원의 원리

FM 음원은 주파수 변조를 이용하여 소리를 합성하는 방식이다. FM 신디사이저는 다양한 방식으로 구현될 수 있는데, 여기에는 다음과 같은 여러 가지 변형이 있다.

다양한 오퍼레이터 배열 (야마하 용어로 "FM 알고리즘"이라고 함)
2 오퍼레이터
직렬 FM (여러 단계)
병렬 FM (다중 변조기, 다중 반송파)
혼합
다양한 오퍼레이터 파형
사인파
기타 파형
추가 변조
선형 FM
지수 FM (아날로그 신디사이저의 CV/oct. 인터페이스에 대한 antilogarithm 변환이 선행됨)
FM을 사용한 오실레이터 동기화

신시사이저나 음원 칩에서는 여러 개의 합성기를 직렬 혹은 병렬로 연결하여 다양한 합성 결과를 얻는다. 이 연결 방식을 '''알고리즘'''이라고 부른다. 야마하는 출력을 모듈레이터에 피드백하는 피드백 FM을 고안하기도 했다.

3. 1. 기본 원리

FM 합성에서는 캐리어(Carrier) 주파수를 모듈레이터(Modulator) 주파수로 변조하여 복잡한 파형을 생성한다.^[24]^[25]

자연음과 같이 동적으로 변화하는 복잡한 스펙트럼은, 두 개의 발진기로부터의 합성으로 나타내는, '''변조 합성'''의 한 수법이다. FM 신디사이저('''오퍼레이터''')의 캐리어, 모듈레이터의 파형을 정현파로 하면, 합성되는 신호파

FM(t)

는 다음 식으로 나타낸다.

:

FM(t) = A\sin(2\pi f_c t+\beta\sin(2\pi f_m t))

:여기서

A

: 캐리어 진폭,

f_c

: 캐리어 주파수,

\beta

: 변조 지수,

f_m

: 모듈레이터 주파수

FM 합성에 의해 얻어진 출력의 스펙트럼은

f_c \pm nf_m(n = 1, 2, 3,  \cdots)

라는, 캐리어의 주위에, 모듈레이터 주파수의 정수배로 측파대가 나타난 것이 된다. 측파대 성분의 진폭은 베셀 함수로 나타낼 수 있다.

변조 신호

m(t) = B\,\sin(\omega_m t)\,

에 대해, 반송파 신호는 다음과 같다.^[26]

:

\begin{align}FM(t)	& \ =\ A\,\sin\left(\,\int_0^t \left(\omega_c + B\,\sin(\omega_m\,\tau)\right)d\tau\right) \\& \ =\ A\,\sin\left(\omega_c\,t - \frac{B}{\omega_m}\left(\cos(\omega_m\,t) - 1\right)\right) \\& \ =\ A\,\sin\left(\omega_c\,t + \frac{B}{\omega_m}\left(\sin(\omega_m\,t - \pi/2) + 1\right)\right) \\\end{align}

만약 반송파

\phi_c = B/\omega_m\,

및 변조기

\phi_m = - \pi/2\,

의 상수 위상 항을 무시한다면, 최종적으로 다음 표현식을 얻게 된다.

:

\begin{align}FM(t)	& \ \approx\ A\,\sin\left(\omega_c\,t + \beta\,\sin(\omega_m\,t)\right) \\& \ =\ A\left( J_0(\beta) \sin(\omega_c\,t)+ \sum_{n=1}^{\infty} J_n(\beta)\left[\,\sin((\omega_c+n\,\omega_m)\,t)\ +\ (-1)^{n}\sin((\omega_c-n\,\omega_m)\,t)\,\right] \right) \\& \ =\ A\sum_{n=-\infty}^{\infty} J_n(\beta)\,\sin((\omega_c+n\,\omega_m)\,t)\end{align}

여기서

\omega_c\,,\,\omega_m\,

은 반송파 및 변조기의 각 주파수(

\,\omega = 2\pi f\,

)이며,

\beta = B / \omega_m\,

은 주파수 변조 지수이고, 진폭

J_n(\beta)\,

는 각각

n\,

번째 제1종 베셀 함수이다.^[27]

3. 2. 측파대 생성

FM 합성을 통해 얻어지는 출력 스펙트럼은 반송파 주파수를 중심으로 변조기 주파수의 정수배에 해당하는 측파대(Sideband)가 나타나는 형태가 된다. 측파대 성분의 진폭은 베셀 함수로 표현된다.^[24]^[25]^[27]

변조 신호

m(t) = B\,\sin(\omega_m t)\,

에 대해, 반송파 신호는 다음과 같이 표현된다.^[26]

:

\begin{align}FM(t)	& \ =\ A\,\sin\left(\,\int_0^t \left(\omega_c + B\,\sin(\omega_m\,\tau)\right)d\tau\right) \\& \ =\ A\,\sin\left(\omega_c\,t - \frac{B}{\omega_m}\left(\cos(\omega_m\,t) - 1\right)\right) \\& \ =\ A\,\sin\left(\omega_c\,t + \frac{B}{\omega_m}\left(\sin(\omega_m\,t - \pi/2) + 1\right)\right) \\\end{align}

만약 반송파

\phi_c = B/\omega_m\,

및 변조기

\phi_m = - \pi/2\,

의 상수 위상 항을 무시하면, 다음 표현식을 얻게 된다.

:

\begin{align}FM(t)	& \ \approx\ A\,\sin\left(\omega_c\,t + \beta\,\sin(\omega_m\,t)\right) \\& \ =\ A\left( J_0(\beta) \sin(\omega_c\,t)+ \sum_{n=1}^{\infty} J_n(\beta)\left[\,\sin((\omega_c+n\,\omega_m)\,t)\ +\ (-1)^{n}\sin((\omega_c-n\,\omega_m)\,t)\,\right] \right) \\& \ =\ A\sum_{n=-\infty}^{\infty} J_n(\beta)\,\sin((\omega_c+n\,\omega_m)\,t)\end{align}

여기서

\omega_c\,,\,\omega_m\,

은 반송파 및 변조기의 각주파수(

\,\omega = 2\pi f\,

)이며,

\beta = B / \omega_m\,

은 주파수 변조 지수이고, 진폭

J_n(\beta)\,

는 각각

n\,

번째 제1종 베셀 함수이다.^[27]

3. 3. 알고리즘

FM 신디사이저에서는 여러 개의 합성기를 직렬 또는 병렬로 연결하여 다양한 합성 결과를 얻을 수 있다. 이러한 연결 방식을 '''알고리즘'''이라고 한다. 야마하는 출력을 모듈레이터에 피드백하는 피드백 FM을 고안하기도 했다.^[33]

야마하에서 사용된 FM 알고리즘의 종류는 다음과 같다.

2 오퍼레이터
직렬 FM (여러 단계)
병렬 FM (다중 변조기, 다중 반송파)
혼합

3. 4. 위상 변조와의 관계

야마하가 구현한 방식을 포함하여, FM 합성은 엄밀하게는 위상 변조(PM)의 응용으로 여겨지지만, 음향 합성 분야에서는 FM이라고 부른다.^[31]^[32] FM 합성과 위상 변조는 모두 광의의 에 속하며, FM 합성에서는 변조 함수가 미적분으로 주기 형상이 변하지 않는 정현 함수이기 때문에, 파라미터가 적절하면 실용상 동일한 결과를 얻을 수 있다.

4. FM 음원 칩의 종류

야마하는 다양한 FM 음원 칩을 개발하여 여러 기기에 탑재하였다. FM 음원 칩의 종류는 OPL 계열, OPN 계열, OPM 계열, OPZ 계열, 휴대 전화용, 기타 등으로 나뉜다.

4. 1. OPL 계열

OPL(FM Operator Type-L) 계열은 주로 컴퓨터 및 게임기용으로 개발되었다.

칩 이름	설명
YM3526(OPL)	2 오퍼레이터 9 채널 또는 6 채널 + 리듬 5 채널. 타이토의 게임 등에 사용되었다.
Y8950(MSX-AUDIO)	2 오퍼레이터 9 채널 또는 6 채널 + 리듬 5 채널, ADPCM 1 채널. MSX와 PC-9800 시리즈용 사운드 보드에 사용되었다.
YM2413(OPLL)	2 오퍼레이터 9 채널 또는 6 채널 + 리듬 5 채널, 내장 음색 15개 + 사용자 지정 음색 1개. MSX와 세가 마스터 시스템에서 사용되었다.
YM3812/FM1312(OPL2)	2 오퍼레이터 9 채널 또는 6 채널 + 리듬 5 채널. 애드립과 사운드 블래스터에서 사용되었으며, YM3526과 호환성이 있다.
YMF262M(OPL3)	2 오퍼레이터 스테레오 18 채널 또는 15 채널 + 리듬 5 채널, 4 오퍼레이터 스테레오 6 채널 등 다양한 모드 지원. 사운드 블래스터 프로 2를 비롯한 많은 사운드 카드에 사용되었다.
YMF278B-F/YMF278B-S(OPL4)	YMF262M의 모든 기능 내장, PCM 24음 동시 발음, 최대 512 음색.

4. 2. OPN 계열

OPN 계열은 주로 일본 내수용 컴퓨터 및 게임기에 사용되었다. 다음은 OPN 계열 칩들의 주요 특징이다.

칩 이름	채널 구성	주요 사용처	비고
YM2203 (OPN)	4 오퍼레이터 스테레오 3 채널 + PSG(AY-3-8910) 3 채널	PC-8801, PC-9801, 오락실 게임기	FM1 채널은 음성합성모드로 사용 가능, 노이즈 1 채널
YM2608 (OPNA)	4 오퍼레이터 스테레오 6 채널 + 리듬 6 채널 + PSG 3 채널 + ADPCM 1 채널 + 노이즈 1 채널	PC-8801, PC-9801	YM2203 호환
YMF288	4 오퍼레이터 스테레오 6 채널 + 리듬 6 채널 + PSG 3 채널 + 노이즈 1 채널	PC-9821	YM2608 일부 호환
YM2610 (OPNB)	4 오퍼레이터 스테레오 4 채널 + PSG 3 채널 + ADPCM 6+1 채널 + 노이즈 1 채널	네오지오
YM2612 (OPN2) / YM3438 (OPN2C)	4 오퍼레이터 스테레오 6 채널	메가 드라이브, FM TOWNS

4. 3. OPM 계열

OPM(FM Operator Type-M) 계열은 아케이드 게임기 및 X68000 등에 사용되었다.

제품명	채널	설명
YM2151(OPM)	4 오퍼레이터 스테레오 8 채널	X68000과 오락실 게임기에 사용되었다.^[33]^[34]
YM2164(OPP)	4 오퍼레이터 스테레오 8 채널	DX21, DX27, DX100, 707 등에 사용되었다.

4. 4. OPZ 계열

OPZ^일본어 계열은 야마하 신시사이저 등에 사용되었다.

YM2414(OPZ): 4 오퍼레이터 스테레오 8 채널. 야마하 신서사이저 V2 등에 사용.^[33]

4. 5. 휴대 전화용

휴대 전화의 벨소리 재생을 위해 개발된 시리즈이다.

제품명	기능
YMU757(MA-1)	2 오퍼레이터 4 채널
YMU759(MA-2)	4 오퍼레이터 8 채널 또는 2 오퍼레이터 16 채널 + 4bit ADPCM 1 채널, 스테레오
YMU762(MA-3)	4 오퍼레이터 8 채널 또는 2 오퍼레이터 16 채널 + 웨이브테이블 8 채널 + PCM/ADPCM 2 채널, 스테레오
YMU765(MA-5)	FM은 MA-3와 동일, 웨이브테이블 채널 증가, 동시발음 64
YMU786/790/791(MA-7/7D/7i)	MA-5에 3D 이펙트, 리버브 등을 추가, 여러 개의 파일 동시 재생(4 파일), 동시발음 128

^[38]

4. 6. 기타

YMF292F (SEGA 315-5687) SCSP (SEGA Custom Sound Processor)
* 세가 새턴, ST-V, Model3에 사용되었다.
* 8, 16비트 PCM 44KHz 재생
* 32채널 FM (4op 8채널) 또는 32채널 PCM
* 야마하 FH-1 DSP 내장
* 리버브, 에코, 딜레이, 피치, 코러스, 보이스캔슬, 이퀄라이저, 오디오 믹서
* 4M비트 DRAM 접속 가능 (사운드 CPU 68EC000용 프로그램, PCM 사운드 데이터, DSP)
* DMA, MIDI 인터페이스 내장 (입력 1채널, 출력 1채널)

5. 응용 분야

FM 음원은 다양한 분야에서 활용되었으며, 특히 1980년대부터 1990년대까지 PC, 게임, 전자 악기 등에서 널리 사용되었다.

야마하에 의한 구현을 포함하여, FM 합성은 엄밀하게는 위상 변조(PM)의 응용으로 여겨지고 있지만, 음향 합성 분야에서는 이것을 FM이라고 부른다.^[31]^[32] 어느 쪽이든 광의로는 각도 변조이며, FM 합성에서는 변조 함수가 미적분으로 주기 형상이 변하지 않는 정현 함수이기 때문에, 파라미터가 적절하면 실용상 동일한 결과를 얻을 수 있다.

PC 및 게임: 1990년대 중반까지 AdLib, Sound Blaster 등에서 야마하의 OPL 시리즈 칩을 사용하여 대중화되었다. 샤프의 X68000, MSX, NEC의 PC-88 및 PC-98 컴퓨터는 OPN 계열 칩을 사용했다. 아케이드 및 게임 콘솔에서는 OPM, OPN, OPN2 등이 사용되었다.^[4]

칩 이름	설명
YM2203(OPN)	4op 스테레오 3 채널 + PSG 3 채널. PC-8801과 PC-9801 등 일본 컴퓨터와 오락실 게임기에 주로 사용되었다.
YM2608(OPNA)	4op 스테레오 6 채널 + 리듬 6 채널 + PSG 3 채널 + ADPCM 1 채널. YM2203 호환. PC-8801과 PC-9801에 사용되었다.
YMF288	4op 스테레오 6 채널 + 리듬 6 채널 + PSG 3 채널. YM2608 일부 호환. PC-9821에 사용되었다.
YM2610(OPNB)	4op 스테레오 4 채널 + PSG 3 채널 + ADPCM 6+1 채널. 네오지오에 사용되었다.
YM2612(OPN2)/YM3438(OPN2C)	4op 스테레오 6 채널. 메가 드라이브와 FM TOWNS에 사용되었다.
YM2151(OPM)	4op 스테레오 8 채널. X68000과 오락실 게임기에 사용되었다.

칩 이름	설명
YM3526(OPL)	2 오퍼레이터 9ch 또는 6ch + 리듬 5ch. 타이토의 『버블보블』이나 『테라 크레스타』(해외판)를 비롯한 닛폰물산의 아케이드 게임 등에서 사용되었다.
Y8950(MSX-AUDIO)	2 오퍼레이터 9ch 또는 6ch + 리듬 5ch, ADPCM 1ch. MSX의 확장 카트리지나 PC-9800 시리즈용 사운드 보드, 아케이드 기판 등에서 사용.
YM3812/FM1312(OPL II)	2 오퍼레이터 9ch 또는 6ch + 리듬 5ch. Sound Blaster에서 사용. YM3812는 YM3526과 하드웨어 레벨에서 호환성이 있다.^[45] 사인파 이외의 발진도 가능해졌다.^[45]
YMF262-M(OPL3)	2 오퍼레이터/4 오퍼레이터 가변. 리듬부는 OPL 동일. 주로 Sound Blaster 시리즈에 탑재되었던 칩이다.
YMF262-S	QFP판
YMF289 (OPL3-L)	OPL3의 저전력판. PCMCIA판 Sound Blaster 등에서 채용.
YMF297-F	PC-9801-118 사운드 보드용. OPL3의 기능에 더해, OPNA 호환 모드도 갖추고 있다.
CT1747	크리에이티브 테크놀로지에 의한 호환 칩. OPL3와 동일한 코어가 내포되어 있다.
YMF701(OPL3-SA)	16bit의 사운드 CODEC, MIDI I/F를 갖추고, 원칩으로 SBPro 호환을 실현하고 있다.
YMF278B-F/YMF278B-S (OPL4)	OPL3에 24ch의 PCM 음원을 부가한 제품. YAMAHA SOUND EDGE SW-20, MSX의 확장 카트리지 Moonsound (문 사운드)에서 사용되었다.

한국에서의 활용:

1980년대부터 PC, 게임기, 전자 악기 등에 FM 음원이 널리 사용되면서 대중에게 친숙해졌다. 특히, 게임 음악 분야에서 FM 음원은 독특한 음색과 다양한 표현력을 바탕으로 큰 인기를 얻었다.

'''PC:''' PC-8801, PC-9801 등 NEC의 일본 컴퓨터와 호환 기종에서 FM 음원이 사용되었다.
'''게임기:''' 세가 마스터 시스템, 메가 드라이브 등 세가의 게임기에서 FM 음원이 사용되었다.^[36]
'''전자 악기:''' 야마하 DX 시리즈 신디사이저는 한국 대중음악에서도 널리 사용되었다.
'''게임 음악:''' FM 음원은 특유의 음색으로 게임 음악에 독특한 분위기를 부여하며, 한국 게임 음악 발전에 기여했다. 특히 최대 동시 발음 수가 6~8음까지 증가함에 따라, 게임 음악에서는 복잡한 코드를 요하는 재즈가 증가했다.^[37]
'''휴대 전화:''' 2000년대 초반, 휴대 전화 벨소리(착신 멜로디) 재생용으로 FM 음원이 사용되었다.^[35]

5. 1. 신디사이저

디지털 FM 신디사이저는 1974년 초부터 여러 악기의 기반이 되었다. 야마하는 1974년 FM 신디사이저를 기반으로 첫 번째 프로토타입 디지털 신디사이저를 제작했으며,^[7] 1980년 야마하 GS-1을 상업적으로 출시했다.^[12] 1978년부터 뉴잉글랜드 디지털에서 제조한 신클라비어는 야마하로부터 라이선스를 받은 FM 신디사이저 알고리즘을 사용했다.^[3] 야마하의 획기적인 야마하 DX7 신디사이저는 1983년에 출시되어 1980년대 중반 신디사이저 분야에서 FM을 선두로 이끌었다.^[4]

신시사이저나 음원 칩에서는, 복수 개의 합성기를 직렬 혹은 병렬로 연결하여, 다양한 합성 결과를 얻는다. 이 연결 방식을 '''알고리즘'''이라고 부른다. 또한, 야마하에 의한 연구 개발 과정에서, 출력을 모듈레이터에 피드백하는 피드백 FM이 고안되었다.

야마하에 의한 구현을 포함하여, FM 합성은 엄밀하게는 위상 변조(PM)의 응용으로 여겨지고 있지만, 음향 합성 분야에서는 이것을 FM이라고 부른다.^[31]^[32]

5. 2. PC, 아케이드, 게임 콘솔, 휴대 전화

FM 음원 합성은 1990년대 중반까지 게임 및 소프트웨어에서 널리 사용되었다. AdLib와 Sound Blaster는 야마하의 OPL2 및 OPL3 칩을 사용해 대중화되었다. 샤프의 X68000, MSX, NEC의 PC-88 및 PC-98 컴퓨터는 OPN 계열 칩을 사용했다. 아케이드 및 게임 콘솔에서는 OPM, OPN, OPN2 등이 사용되었다.^[4]

칩 이름	설명
YM2203(OPN)	4op 스테레오 3 채널 + PSG 3 채널. PC-8801과 PC-9801 등 일본 컴퓨터와 오락실 게임기에 주로 사용되었다.
YM2608(OPNA)	4op 스테레오 6 채널 + 리듬 6 채널 + PSG 3 채널 + ADPCM 1 채널. YM2203 호환. PC-8801과 PC-9801에 사용되었다.
YMF288	4op 스테레오 6 채널 + 리듬 6 채널 + PSG 3 채널. YM2608 일부 호환. PC-9821에 사용되었다.
YM2610(OPNB)	4op 스테레오 4 채널 + PSG 3 채널 + ADPCM 6+1 채널. 네오지오에 사용되었다.
YM2612(OPN2)/YM3438(OPN2C)	4op 스테레오 6 채널. 메가 드라이브와 FM TOWNS에 사용되었다.
YM2151(OPM)	4op 스테레오 8 채널. X68000과 오락실 게임기에 사용되었다.

아케이드 시스템 및 게임 콘솔의 경우, OPM은 1980년대와 1990년대의 많은 아케이드 기판(예: 세가의 시스템 16 및 캡콤의 CP 시스템)에 사용되었으며, OPN은 1980년대 일부 아케이드 기판에 사용되었다. OPNB는 SNK의 네오 지오 아케이드 (MVS) 및 가정용 콘솔 (AES) 기계에서 특히 사용되었으며, 타이토의 아케이드 기판에서 주된 기본 사운드 생성기로 사용되었다. 관련 칩인 OPN2는 세가의 메가 드라이브 (제네시스), 후지쯔의 FM 타운즈 마티, 그리고 세가의 일부 아케이드 기판에서 사운드 생성기 칩 중 하나로 사용되었다.

FM 음원 합성은 2000년대에 야마하 SMAF 형식을 사용하여 벨소리 및 기타 사운드를 재생하기 위해 광범위한 모바일 폰에서도 사용되었다.^[35]

칩 이름	설명
YM3526(OPL)	2 오퍼레이터 9ch 또는 6ch + 리듬 5ch. 타이토의 『버블보블』이나 『테라 크레스타』(해외판)를 비롯한 닛폰물산의 아케이드 게임 등에서 사용되었다.
Y8950(MSX-AUDIO)	2 오퍼레이터 9ch 또는 6ch + 리듬 5ch, ADPCM 1ch. MSX의 확장 카트리지나 PC-9800 시리즈용 사운드 보드, 아케이드 기판 등에서 사용.
YM3812/FM1312(OPL II)	2 오퍼레이터 9ch 또는 6ch + 리듬 5ch. Sound Blaster에서 사용. YM3812는 YM3526과 하드웨어 레벨에서 호환성이 있다.^[45] 사인파 이외의 발진도 가능해졌다.^[45]
YMF262-M(OPL3)	2 오퍼레이터/4 오퍼레이터 가변. 리듬부는 OPL 동일. 주로 Sound Blaster 시리즈에 탑재되었던 칩이다.
YMF262-S	QFP판
YMF289 (OPL3-L)	OPL3의 저전력판. PCMCIA판 Sound Blaster 등에서 채용.
YMF297-F	PC-9801-118 사운드 보드용. OPL3의 기능에 더해, OPNA 호환 모드도 갖추고 있다.
CT1747	크리에이티브 테크놀로지에 의한 호환 칩. OPL3와 동일한 코어가 내포되어 있다.
YMF701(OPL3-SA)	16bit의 사운드 CODEC, MIDI I/F를 갖추고, 원칩으로 SBPro 호환을 실현하고 있다.
YMF278B-F/YMF278B-S (OPL4)	OPL3에 24ch의 PCM 음원을 부가한 제품. YAMAHA SOUND EDGE SW-20, MSX의 확장 카트리지 Moonsound (문 사운드)에서 사용되었다.

5. 3. 한국에서의 활용

1980년대부터 PC, 게임기, 전자 악기 등에 FM 음원이 널리 사용되면서 대중에게 친숙해졌다. 특히, 게임 음악 분야에서 FM 음원은 독특한 음색과 다양한 표현력을 바탕으로 큰 인기를 얻었다.

'''PC:''' PC-8801, PC-9801 등 NEC의 일본 컴퓨터와 호환 기종에서 FM 음원이 사용되었다.
'''게임기:''' 세가 마스터 시스템, 메가 드라이브 등 세가의 게임기에서 FM 음원이 사용되었다.^[36]
'''전자 악기:''' 야마하 DX 시리즈 신디사이저는 한국 대중음악에서도 널리 사용되었다.
'''게임 음악:''' FM 음원은 특유의 음색으로 게임 음악에 독특한 분위기를 부여하며, 한국 게임 음악 발전에 기여했다. 특히 최대 동시 발음 수가 6~8음까지 증가함에 따라, 게임 음악에서는 복잡한 코드를 요하는 재즈가 증가했다.^[37]
'''휴대 전화:''' 2000년대 초반, 휴대 전화 벨소리(착신 멜로디) 재생용으로 FM 음원이 사용되었다.^[35] KDDI(au 브랜드), 소프트뱅크(SoftBank 브랜드), 이 모바일(현·와이모바일 브랜드) 등의 휴대 전화에 내장되었다.^[38]

6. 결론

FM 음원 기술은 디지털 오디오 합성 분야에서 중요한 역할을 해왔으며, 특히 1980년대와 1990년대 대중문화에 큰 영향을 미쳤다. 야마하를 중심으로 한 기술 개발과 다양한 응용 분야에서의 활용은 FM 음원을 디지털 시대의 상징적인 기술 중 하나로 만들었다.

한국에서도 FM 음원은 컴퓨터, 게임기, 전자 악기 등 다양한 분야에서 활용되며 대중에게 친숙한 기술이 되었다. 중도진보적 관점에서, FM 음원 기술은 정보 접근성과 문화 향유의 평등을 확대하는 데 기여했으며, 기술 혁신이 대중에게 새로운 문화적 경험을 제공할 수 있음을 보여주는 사례로 평가할 수 있다.^[31]^[32]

참조

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