Onde metalliche e sogni digitali
la storia della sintesi FM Yamaha

Quando John Chowning, compositore e ricercatore della Stanford University, scoprì che modulare la frequenza di un’onda sinusoidale con un’altra poteva generare spettri armonici straordinariamente ricchi, non stava solo esplorando un esercizio accademico: stava aprendo una nuova lingua per la musica elettronica.

Era il 1971 e, nel laboratorio CCRMA, un computer PDP-10 eseguiva calcoli per trasformare numeri in suono. La Frequency Modulation esisteva già nel campo delle telecomunicazioni, ma Chowning ne colse la potenza creativa. In pochi byte di parametri si poteva codificare la complessità di un pianoforte, la brillantezza di un ottoni, la grana di un’arpa.

Nel 1973 Stanford brevettò questa invenzione, ma non aveva le risorse per portarla sul mercato. Fu Yamaha, nel 1975, ad acquisire la licenza esclusiva. In Giappone, l’azienda già costruiva sintetizzatori e organi elettronici, e disponeva della capacità ingegneristica per trasformare quelle equazioni in circuiti integrati. La FM sarebbe diventata il cuore dei loro strumenti professionali, a partire dal celebre DX7, e poi dei chip destinati a computer, console e videogiochi arcade.

Negli anni ’80, Yamaha sviluppò due grandi famiglie di chip FM: la OPL, più economica e compatta, e la OPN, più complessa e potente.

L’YM3526 (OPL) fu il primo della linea “Operator Type L”, con 9 canali a due operatori, un suono brillante e “metallico” che presto popolò cabinati e tastiere economiche. Il successivo YM3812 (OPL2), introdotto nel 1985, aggiunse forme d’onda alternative e una gestione più flessibile degli inviluppi, diventando il cuore della scheda AdLib e dei primi Sound Blaster. Era il suono dei PC DOS: melodie squillanti, bassi pulsanti, il fruscio logaritmico del DAC interno.

Nel frattempo, la linea OPN (Operator Type N) puntava più in alto. L’YM2608 (OPNA), nel 1985, offriva 6 canali FM a quattro operatori, PSG integrato e un canale ADPCM per campioni digitali: una macchina da guerra per colonne sonore ibride. L’YM2612 (OPN2), introdotto nel 1988 nel Sega Mega Drive, portava sei canali FM a quattro operatori direttamente nelle case, con un canale PCM capace di riprodurre batterie campionate e effetti sonori realistici. Il suo DAC lineare, affetto dal cosiddetto ladder effect, produceva un rumore peculiare che compositori come Yuzo Koshiro sfruttarono come colore timbrico.

Le scelte tecniche di Yamaha non erano casuali. La FM permetteva di generare timbri complessi senza occupare spazio ROM per campioni di grandi dimensioni, un vantaggio enorme in un’epoca di memorie limitate. Gli operatori, combinati in algoritmi differenti, offrivano un controllo raffinato sull’evoluzione timbrica. L’aggiunta di PSG e PCM consentiva di integrare suoni sintetici e campionati in un’unica colonna sonora, espandendo la gamma espressiva.

Culturalmente, l’impatto fu enorme. In Occidente, la OPL2 definì l’audio dei videogiochi su PC tra la fine degli anni ’80 e l’inizio dei ’90. In Giappone, l’OPN2 del Mega Drive scolpì paesaggi sonori in cui bassi FM aggressivi convivevano con colpi di batteria digitali. In entrambi i mondi, la FM Yamaha divenne un linguaggio: non solo una tecnologia, ma un’estetica.

Oggi, plugin e emulatori riproducono con fedeltà le caratteristiche, comprese le imperfezioni, di questi chip. La scena chiptune li considera strumenti a sé, con una grammatica fatta di tassi di inviluppo, feedback e algoritmi di modulazione.

Dal laboratorio di Stanford alle sale giochi, dalle schede audio per PC alle console da salotto, la sintesi FM Yamaha ha dimostrato che matematica ed elettronica possono generare emozione pura. È la storia di come un’equazione sia diventata musica, e di come un suono metallico e imperfetto abbia definito un’epoca.

Tra la metà degli anni ’80 e l’inizio dei ’90, i chip FM Yamaha entrarono in ogni angolo dell’elettronica musicale e videoludica: dalle console casalinghe ai cabinati arcade, dai sintetizzatori professionali ai computer da casa.

Piattaforme iconiche:

• Yamaha DX7 (1983) — Sintetizzatore professionale a 6 operatori, prima incarnazione mainstream della FM, usata da Michael Jackson, Brian Eno, Herbie Hancock.
• Yamaha FB-01 (1986) — Expander MIDI FM a 4 operatori, pensato per studi e home musician, compatibile con i preset DX.
• MSX con SFG-01 / SFG-05 (1983–1985) — Primo uso domestico del chip YM2151, con sintesi FM a 8 canali e interfaccia MIDI integrata.
• NEC PC-8801 e PC-9801 (Giappone) — Montavano chip OPNA come YM2608, combinando FM a 4 operatori con PSG e ADPCM.
• Sega Master System FM Unit (1987) — Espansione con YM2413 (OPLL) per migliorare la qualità audio in Giappone.
• Sega Mega Drive / Genesis (1988) — YM2612 a 4 operatori + PSG, firma sonora iconica delle console Sega.
• AdLib (1987) — Scheda audio PC con YM3812 (OPL2), standard per la musica nei giochi DOS fino ai primi anni ’90.
• Sound Blaster Pro (1991) — YM262 (OPL3), evoluzione stereo e multitimbrica della linea OPL.
• Neo Geo AES/MVS (1990) — YM2610, combinazione di FM, PSG e campioni ADPCM.

MSX con scheda SFG-01 / SFG-05

Il MSX non era un singolo computer, ma uno standard aperto di home computer a 8 bit, lanciato nel 1983 da Kazuhiko Nishi (Microsoft Japan) con l’obiettivo di unificare il mercato giapponese e creare una piattaforma comune tra produttori come Sony, Yamaha, Panasonic, Toshiba.

Proprio Yamaha produsse la serie CX5M, una versione del MSX pensata per i musicisti: qui entrano in gioco le schede SFG-01 e SFG-05.

Hardware della SFG

• Chip principale: Yamaha YM2151 (OPM), sintesi FM a 8 canali e 4 operatori per voce, con 8 algoritmi di modulazione interni.
• Generatore PSG: integrato, compatibile AY-3-8910 (3 canali addizionali di sintesi a onde quadre/rumore).
• Interfaccia MIDI: 2 porte DIN standard (In/Out), per collegare tastiere e sequencer esterni.
• ROM interna: con software di sequencer e gestione patch.

Il YM2151 era già usato in arcade di fascia alta (come Out Run o After Burner II), quindi il CX5M metteva in salotto una tecnologia identica a quella delle sale giochi, ma in forma orientata alla produzione musicale.

Differenze SFG-01 vs SFG-05

• SFG-01 (1983): prima versione, con firmware base, compatibile solo con tastiera Yamaha YK-01/YK-10 collegata al sistema.
• SFG-05 (1985): firmware migliorato, compatibilità MIDI estesa, possibilità di controllare strumenti FM e sintetizzatori esterni senza tastiera proprietaria.

Significato storico

Il CX5M con SFG non fu un enorme successo commerciale in Occidente, ma in Giappone creò una comunità di musicisti che programmavano direttamente in FM, sfruttando la stessa architettura che avrebbero poi trovato nei cabinati arcade.

È anche uno dei primi esempi di integrazione completa tra computer, sintesi FM e MIDI in un sistema domestico economico, anticipando di fatto le workstation digitali degli anni ’90.