デジタルシンセサイザー

デジタルシンセサイザーとは、デジタル信号しんごう処理しょり技術ぎじゅつを使つかって音声おんせい信号しんごう処理しょりを行おこなうシンセサイザーである。

概要がいよう

デジタルシンセサイザーはディジタル信号しんごう処理しょりの基礎きそ技術ぎじゅつを応用おうようした物ものである。多様たような音声おんせい合成ごうせい方式ほうしきが存在そんざいし、デジタル処理しょりされた音声おんせい信号しんごうはデジタル-アナログ変換へんかん回路かいろを通とおしてアナログ信号しんごうとして出力しゅつりょくされる。

オシレータにおいて波形はけい1周期しゅうき分ぶんの位相いそう情報じょうほうをテーブル化かし演算えんざんする方式ほうしきも用もちいられた(合成ごうせい演算えんざんの高速こうそく化か・簡素かんそ化かを図はかる為ため)。この方式ほうしきは後のちにPCM音源おんげんが普及ふきゅうするまでウェーブテーブルシンセシスやFM音源おんげんなどで用もちいられていた。ビデオゲーム機き等とうの音源おんげんチップにも用もちいられており、それらは『波形なみかたメモリ音源おんげん』と呼よばれている。

フィルターはFIRフィルタ、IIRフィルタなどのデジタル処理しょりに特とく化かしたアルゴリズムが用もちいられている。アナログシンセのフィルターはコンデンサと抵抗ていこうで構成こうせいされており、デジタル処理しょりで再現さいげんするには相当そうとうの高速こうそくプロセッサを用もちいなければ速度そくどが遅おそく実用じつよう的てきでない為ためである。

歴史れきし

1957年ねんコンピュータを使つかったソフトウェア音源おんげんとして誕生たんじょうした(MUSIC)。

1969年ねんには最初さいしょのサンプリング音源おんげん EMS Musys system (ミニコンPDP-8を2台だい使用しよう)が開発かいはつされている。

また専用せんようハードウェアによる初期しょきのディジタル楽器がっきとしては

1972年ねんアーレン・オルガンのアーレン・コンピュータ・オルガン
1973年ねんダートマス大だいのダートマス・ディジタル・シンセサイザー (後ごのシンクラヴィア. FM音源おんげん他た、汎用はんようコンピュータ制御せいぎょ)
1974年ねんアーレン・オルガン子会社こがいしゃRMIのハーモニック・シンセサイザー

等ひとしが挙あげられる。アーレン・コンピュータ・オルガンは、1969-1972年ねんロックウェルとアーレン・オルガンにより共同きょうどう開発かいはつされ、関連かんれん特許とっきょは開発かいはつ完了かんりょう後ごに全すべてアーレン・オルガンに売却ばいきゃくされた。^[1]^[2]

音源おんげん方式ほうしき

ハイブリッド・シンセサイザー

波形はけいを何なんらかの合成ごうせい方式ほうしき(典型てんけい的てきには倍音ばいおん加算かさん)で生成せいせいし、波形なみかたメモリに格納かくのうして再生さいせい、音おと作づくりにはフィルターを併用へいようする方式ほうしき。初期しょきのディジタルオルガン技術ぎじゅつをディジタル・シンセサイザーに発展はってんさせる形かたちで登場とうじょうした。
- RMI ハーモニック・シンセサイザー (1974)
オシレータ(DCO)に波形はけいメモリを採用さいようしたシンセサイザー(主おもに減算げんざん合成ごうせい)
- エレクトロニック・ミュージック・スタジオ Digital Oscillator Bank (1972?)
- PPG 1003 Sonic Carrier (1976)
- Oxford Synthesizer Company OSCar (1983)
  倍音ばいおん加算かさん合成ごうせいを鍵盤けんばん操作そうさで指定してい (後ごのCASIO SK-1も同どう機能きのうをサポート)
- KORG DW-6000 (1984) / DW-8000 (1985)
- Ensoniq ESQ-1 (1986)

アディティブ・シンセシス

→詳細しょうさいは「アディティブ・シンセシス」を参照さんしょう

ここでは狭義きょうぎの加算かさん合成ごうせい、音おとの要素ようそである倍音ばいおんに着目ちゃくもくし、倍音ばいおん一ひとつ一ひとつの強度きょうどの時間じかん変化へんかを設定せっていして音色ねいろを合成ごうせいする加算かさん合成ごうせい方式ほうしきについて説明せつめいする。このような形式けいしきのデジタルシンセサイザーの例れいとして河合楽器製作所かわいがっきせいさくしょのK5、K5m、K5000R、K5000S、K5000M ^[3] が挙あげられる。なお、K5シリーズ,K5000シリーズは倍音ばいおんを減げんずる為ためのフィルタも内蔵ないぞうしている為ため、単純たんじゅんに倍音ばいおん加算かさんだけで音おと出力しゅつりょくを得えている訳わけではない。スペクトログラムの逆ぎゃく変換へんかんの一いち例れいでもあり、ソフトウェア・シンセサイザーによる音源おんげんの実装じっそう例れい^[4]もある。

ウェーブテーブル・シンセシス

波形なみかたテーブル上じょうに1周期しゅうき波形はけいを複数ふくすう並ならべ、キータッチや時間じかん経過けいかに応おうじて波形はけいを順次じゅんじ切きり替かえて、音色ねいろ変化へんかを実現じつげんする方式ほうしき。1980年ねんPPGが採用さいようし、後継こうけいのWaldorfに引ひき継つがれた。なおPPG Wave 2.xには、複数ふくすうのソフトウェア・エミュレーション ^[5] ^[6] が存在そんざいするので、音源おんげんの仕組しくみは簡単かんたんに実地じっち確認かくにんできる。^[7]

PPG Wavecomputer 340/380 (1979?)
PPG Wavecomputer 360 (1980)
PPG Wave 2.0 (1981)
Waldorf microwave (1989)

なおPC用ようサウンドカード製品せいひんには「ウェーブテーブル音源おんげん」という名称めいしょうを用もちいる製品せいひんが多おおいが、これらはサンプリング音源おんげん/PCM音源おんげんの別名べつめいに過すぎず、PPG/Waldorfの「ウェーブテーブル・シンセシス方式ほうしき」とは無関係むかんけいである ^[8]。

補足ほそく；英語えいご版ばん記事きじ「ウェーブテーブル・シンセシス」との整合せいごう性せい

加算かさん合成ごうせいとの関連かんれん性せい ^[9]：ウェーブテーブル・シンセシスが「実じつ時間じかん加算かさん合成ごうせい」の効率こうりつ的てきな実装じっそう方法ほうほうとして登場とうじょうしたのはおそらく事実じじつだが、現在げんざいでは加算かさん合成ごうせいは理想りそう的てきな合成ごうせい方式ほうしきと認識にんしきされていないので、ここでは省略しょうりゃくする。
FM合成ごうせいとの比較ひかく ^[10]：現在げんざい一般いっぱんに入手にゅうしゅできるFM音源おんげん製品せいひんは、ウェーブテーブル・シンセシスとの共通きょうつう点てんがほとんど無ないため、ここでは紹介しょうかいしていない。

ベクトル・シンセシス / ウェーブ・シーケンス

→詳細しょうさいは「ベクトル・シンセシス」を参照さんしょう

2次元じげん平面へいめんを直交ちょっこう座標ざひょうで4つの領域りょういきに分わけ波形はけいを割わり当あてて、例たとえばジョイスティックやエンベロープ・ジェネレータの時間じかん変化へんかに沿そって座標ざひょうを更新こうしんし、4つの波形はけいの混合こんごう比ひを変かえる一種いっしゅの加算かさん合成ごうせい。SCIのDave Smithが開発かいはつし、SCIやKORGの製品せいひんが採用さいようした他ほか、KAWAIやYAMAHAも類似るいじした音源おんげんを発売はつばいしている。

なおこの音源おんげんの観点かんてんでは、ウェーブテーブル・シンセシスは1次元じげん座標軸ざひょうじく上じょうの移動いどうとして説明せつめいされ、両者りょうしゃは類似るいじしたシンセサイズ方式ほうしきとされるが、実際じっさいには (1)加算かさん合成ごうせいの有無うむ、(2)潜在せんざい的てきに生成せいせい可能かのうな波形はけいのバリエーション、に相違そういがある。

SCI Prophet VS (1986) ^[11]
KORG WAVESTATIONシリーズ (1990)
YAMAHA SY-22 (1990) / TG-33 (1990) / SY-35 (1992)
KORG OASYS (1994-)

サンプラー / PCM音源おんげん (サンプリング音源おんげん、ウェーブテーブル音源おんげん)

→詳細しょうさいは「サンプラー」および「PCM音源おんげん」を参照さんしょう

1980年ねん前後ぜんこうに、半導体はんどうたいメモリー価格かかくの低下ていかに伴ともない数すう十じゅうKB以上いじょうのROMやRAMの使用しようが現実げんじつ的てきになると、1周期しゅうき単位たんいの波形はけいではなく数すう十じゅうms～秒びょう単位たんいのサンプルを丸まるごと使つかうサンプラーやPCMドラムマシンが製品せいひん化かされた。

フェアライトCMI (1979)
Linn LM-1 Drum Computer (1980)
E-mu Emulator (1982)

サンプルの使用しようで音おとのリアリティは格段かくだんに向上こうじょうしたが、初期しょきの製品せいひんは楽器がっきとしての表現ひょうげん力りょくが充分じゅうぶんとは言いえなかった。そこで、更さらに数すう十じゅう倍ばいのメモリを使つかって細こまかなレイヤーで表現ひょうげん力りょくを高たかめたり、

Kurzweil K250 (1983)

Ensoniq Mirage

さらに減算げんざん合成ごうせい方式ほうしき(アナログ～ディジタル)を併用へいようして表現ひょうげん力りょくの拡大かくだいを図はかって、現在げんざい一般いっぱんにPCM音源おんげんと呼よばれる多少たしょう複雑ふくざつな音源おんげん方式ほうしきが確立かくりつした。

1990年代ねんだい半なかば以降いこう、MIDI音源おんげん搭載とうさいサウンドカードの主流しゅりゅうとなった「ウェーブテーブル音源おんげん」という呼称こしょうは、サンプリング音源おんげん/PCM音源おんげんの別名べつめいであるが、英語えいご圏けんでは広ひろく使つかわれ普及ふきゅうしている。

Gravis UltraSound
サンプルを入替いれかえ可能かのうな音源おんげんを搭載とうさいして一躍いちやく脚光きゃっこうを浴あびたサウンドカードで、Trackerソフトを低てい負荷ふかで安定あんてい動作どうささせるのに重宝ちょうほうされた。使用しようしている音源おんげんチップGravis GF1は Forte TechnologiesとAdvanced Gravisの共同きょうどう開発かいはつとされているが、その出自しゅつじはEnsoniqのシンセ用ようチップ OTTO (ES5506)だと言いわれている。
- Trackerソフト: 1987年ねんAmiga上うえに登場とうじょうした数値すうちシーケンサ。Amiga標準ひょうじゅんのサンプル音源おんげんを使つかい、任意にんいのサンプルを組くみ合あわせた完成かんせい度どの高たかいトラックを作成さくせいできる特徴とくちょうを持もつ。(参考さんこう: MOD (ファイルフォーマット))
Creative Technology Wave Blaster
「Wave Blasterポート」搭載とうさいサウンドカードに対応たいおうしたドーターボード形式けいしきの拡張かくちょう音源おんげん。同どうポートは事実じじつ上じょうの業界ぎょうかい標準ひょうじゅんとなり、各社かくしゃから YAMAHA XG、Roland GM/GS、KORG M1、Waldorf microwave XTable、Kurzweil MA-1 といった各種かくしゅ規格きかく/方式ほうしきの音源おんげんや、ドーターボードを搭載とうさい可能かのうなシンセ/MIDIコントローラも登場とうじょうした。

Creative Technology Sound Blaster AWE32 / Wave Blaster II (1994)
1993年ねん同社どうしゃが買収ばいしゅうしたE-muのサンプル音源おんげん(減算げんざん合成ごうせい併用へいよう)を縮小しゅくしょうした音源おんげんチップEMU8000を搭載とうさいした製品せいひん。同どう音源おんげんのデータ形式けいしきは「サウンドフォント規格きかく」として一般いっぱん公開こうかいされ何なん度どかのバージョンアップを経へて、現在げんざいでは多おおくのソフト音源おんげん/ソフト・サンプラーで利用りよう可能かのうになっている。
Creative Technology Sound Blaster AWE64 / WaveSynth (1996)
AWE32にソフトウェア・シンセ WaveSynth を追加ついかし 64ボイス同時どうじ発音はつおん可能かのうにした製品せいひん。WaveSynthは、スタンフォすたんふぉード大どだいCCRMAのライセンスに基もとづく物理ぶつりモデル音源おんげん(ウェーブガイド・シンセシス方式ほうしき)で、そのソフト開発かいはつ担当たんとうはSeer Systemsのデイヴ・スミス (プロフェット5設計せっけい者しゃ)だった事ことが知しられている。

FMシンセシス

→詳細しょうさいは「FM音源おんげん」を参照さんしょう

FMシンセシス出力しゅつりょく (周波数しゅうはすうスペクトル)

2op FMの構成こうせい要素ようそ

1980年代ねんだいにYAMAHAの製品せいひんで広ひろく知しられるようになったディジタルFMシンセシスは、YAMAHAの実装じっそうでは「波形はけいメモリ出力しゅつりょくで、別べつの波形はけいメモリを読よみ出だす処理しょり」として実現じつげんしており、波形なみかたメモリの応用おうよう音源おんげんと考かんがえる事ことが可能かのうである。

この処理しょりは、アナログシンセ上じょうではクロス・モジュレーション(オシレータ間あいだモジュレーション) として知しられており、波形なみかたメモリ処理しょりが合成ごうせい方式ほうしきの本質ほんしつではない事ことが判わかる。FMシンセシスの出力しゅつりょく(周波数しゅうはすうスペクトル)の解釈かいしゃくには周波数しゅうはすう変調へんちょうの概念がいねんが援用えんようされるので、一般いっぱんには周波数しゅうはすう変調へんちょうを本質ほんしつとするシンセサイズ方式ほうしきだと考かんがえられている。

FM音源おんげん製品せいひんのオペレータの波形はけいテーブルには、一般いっぱんには正弦せいげん波は(もしくは余弦よげん波は)が搭載とうさいされている。後期こうきには、波形なみかたテーブル読よみ替がえでサイン波は以外いがいの波形はけいも選択せんたく可能かのうな製品せいひんが登場とうじょうした。

YAMAHA TX81Z (1986)

後のちに登場とうじょうした RCM音源おんげん (YAMAHA)では、「サンプリング変調へんちょう」と呼よばれる PCM波形はけいでFM音源おんげんオペレータを変調へんちょうする機能きのうも提供ていきょうされた。

YAMAHA SY77 (1989) / TG77 (1990) / SY99 (1991)

PDシンセシス

→詳細しょうさいは「PD音源おんげん」を参照さんしょう

PDシンセシスの概要がいよう

1980年代ねんだいにカシオが開発かいはつしたPDシンセシスは、「波形はけいメモリの読よみ出だし位相いそう角かくを歪いがませて(読よみ出だし速度そくどを波形はけい周期しゅうき内ないで変更へんこう)、倍音ばいおんを変化へんかさせる方式ほうしき」と説明せつめいする事ことができる。

類似るいじした処理しょりとしては、アナログシンセ上じょうのオシレータ・シンク(一ひとつのオシレータで別べつのオシレータを周期しゅうき的てきにリセットし、結果けっか的てきに波形はけいを変形へんけいする方式ほうしき) を挙あげる事ことができる。

ソフトウェア・シンセサイザー

→詳細しょうさいは「ソフトウェア・シンセサイザー」を参照さんしょう

専用せんようの機材きざいを使用しようせずにパーソナルコンピュータやスマートフォン等ひとしの電子でんし機器ききでソフトウェアにより音おとを生成せいせいする。

脚注きゃくちゅう

[脚注きゃくちゅうの使つかい方かた]

^ 出典しゅってん: Allen Organ Company History, FundingUniverce
^ 永井ながい洋平ようへい(楽器がっき創造そうぞう館かん), 「ディジタル電子でんし楽器がっきの黎明れいめい期きと特許とっきょ係争けいそう」, ミュージックトレード 2005年ねん7月がつ号ごう
^ 装置そうちの詳細しょうさいについては河合楽器製作所かわいがっきせいさくしょ電子でんし楽器がっき取扱とりあつかい説明せつめい書しょ/カタログダウンロード[1]より該当がいとう機種きしゅのマニュアルを参照さんしょう。
^ 例たとえばVertigo、Alchemyなど。その他た、スペクトログラムの記事きじ内容ないようも参照さんしょうの事こと。
^ Waldorf Plugin - PPGの後継こうけい会社かいしゃ Waldorf Music のプラグインパック(PPG Wave 2.V / Attack / D-Pole)。以前いぜん Waldorf Electronics が開発かいはつし、スタインバーグが発売はつばいした製品せいひんの再発さいはつ売品ばいひん。
^ PPG Wave 2.2 / 2.3 / EVU Simulator, Herman Seib
Wave2.xのディジタル・ハードの完全かんぜんなエミュレータ。実機じっき用よう最新さいしんOS V8.3 Upgradeがこの上うえで開発かいはつされた。現在げんざいVST/Windows版ばんの "Wave 2.2 V6 Simulation" をフリー入手にゅうしゅ可能かのう。もしVST環境かんきょうが無なければ、彼かれの VSTHostやSaviHostを使つかえば起動きどうできる。
彼かれはこの他ほか、PPG Wavetermをソフトウェア化かするプロジェクトにも参加さんかした。彼かれが開発かいはつした Waveterm Cは、同どうプロジェクトで開発かいはつしたPPG Bus用ようIFを介かいし、2系統けいとうのPPGシステム(Wave/EVU/PKR)をリアルタイムに制御せいぎょ可能かのうだった。なお同どうプロジェクトのサイトは現在げんざい閉鎖へいさしているが、(インターネットアーカイブ上じょうの保存ほぞんページで概要がいようを確認かくにんできる。
^ PPG Wave 2.2 実機じっきの概要がいようは、Wave 2.2紹介しょうかいページ (synth.fool.jp)を参照さんしょう
^ PC用ようウェーブテーブル・シンセシス音源おんげん: 数少かずすくない例外れいがいとしてWaldorfの Microwave XT/PC(PCベイ型がた)と、Microwave XTable (Wavebraster互換ごかん型がた)が存在そんざいする。これらはWaldorf Microwave XTをPC用ようにまとめた製品せいひんで、シンセのパラメータ編集へんしゅうは専用せんようソフト(こちらのページの下した側がわ参照さんしょう)で行おこなう。
^ 英語えいご版ばん記事きじ「ウェーブテーブル・シンセシス」における加算かさん合成ごうせいとの比較ひかく
論旨ろんしが非常ひじょうにわかりにくく、明確めいかくな定義ていぎは脚注きゃくちゅうたった一いち行ぎょうしか見当みあたらない。
外部がいぶリンク節ぶしの出典しゅってんらしき論文ろんぶんによれば: 1970年代ねんだい当時とうじは理想りそう的てきな音響おんきょう合成ごうせい方式ほうしきと考かんがえられていた「実じつ時間じかん加算かさん合成ごうせい」(realtime additive synthesis; 倍音ばいおん強度きょうどを時間じかん変化へんかさせる加算かさん合成ごうせい方式ほうしき)は、ほぼ等価とうかな処理しょりを「ウェーブテーブル・シンセシス」で効率こうりつ的てきに実現じつげんできるので、それを使つかいましょうという話はなしらしい。要ようは、スペクトルの連続れんぞく変化へんかをリアルタイム計算けいさんする代かわりに(実じつ時間じかん加算かさん合成ごうせい)、要よう所要しょよう所しょのスナップショットだけ計算けいさんしウェーブテーブル・シンセシスで間あいだを補間ほかんすれば、理屈りくつ上じょうほぼ同等どうとうな結果けっかを、より軽かるい演算えんざん処理しょりで実現じつげんできるというウェーブテーブル・シンセシスの登場とうじょう経緯けいいの説明せつめいである。
^ 英語えいご版ばん記事きじ「ウェーブテーブル・シンセシス」におけるFM合成ごうせいとの比較ひかく:
実じつ時間じかん加算かさん合成ごうせい(realtime additive synthesis family; 倍音ばいおん強度きょうどを時間じかん変化へんかさせる加算かさん合成ごうせい方式ほうしき)を基準きじゅんとして、ウェーブテーブル・シンセシスとFM合成ごうせいはほぼ同おなじ表現ひょうげん能力のうりょくを持もっているという主張しゅちょうだが、これは検討けんとうを要ようする。ここで言いうFM合成ごうせいは、おそらくシンクラヴィアに搭載とうさいされたFMリシンセシス機能きのう(サンプルを一定いってい間隔かんかくに分割ぶんかつしFMシンセシスで倍音ばいおん構成こうせいを再現さいげんする技術ぎじゅつ)のように、理論りろん上じょうあらゆる波形はけいを合成ごうせい可能かのうとする方式ほうしきを前提ぜんていにしている。しかしその種たねの機能きのうは現在げんざいに至いたるまで一般いっぱんには普及ふきゅうしておらず、現在げんざいのFM音源おんげんが置おかれている立場たちば (FM音源おんげんは必かならずしも万能ばんのうな合成ごうせい手法しゅほうではないが、FM音源おんげんで容易よういに実現じつげん可能かのうなある種しゅの音色ねいろに存在そんざい価値かちがある)を考慮こうりょすると、この説明せつめいは妥当だとう性せいを著いちじるしく欠かいている。
^ SCI Prophet VS - ベクトル・シンセシス全般ぜんぱんと、SCI Prophet VSの概説がいせつ