シンセの音作りの基礎
シンセサイザーは、録音を再生するのではなく、音をゼロから生成する楽器です。シンセのノートの裏側にはマイクも音声ファイルもありません。コンピューターが波形をサンプル単位で、リアルタイムに計算します。これが、録音を再生する サンプル音源 とシンセサイザーを分ける唯一の本質的な違いです。
本ページでは、あらゆるシンセに共通する構成要素を説明し、続いて選択できる 15 種類の音作り方式（エンジン）を紹介します。概念のみで、コードはありません。
なぜ録音せず生成するのか
生成されたノートは、どんな高さ・長さ・音色にもでき、録音データを保存する必要もありません。「録音を引き伸ばす」ことで起きる不自然さも避けられます。代わりに、音は設計する必要があります。誰かが波形を選び、整形し、どう変化させるかを決めます。その設計をパッチと呼びます。
古典的な 3 つのブロック
どれほど複雑でも、ほとんどのシンセ音は 3 段の連なりから生まれます。信号は左から右へ流れ、各段はより仕上がった信号を次の段へ渡していきます。オシレーターの生の音はフィルターで整形され、フィルターが整形した音にアンプが音量の形を与えます。
1. オシレーター — 生の音
オシレーターは、ノートのピッチで連続して繰り返す波を作ります。その波形が音の生の色を決めます。波形ごとに、基音の上に積み重なる 倍音成分 の混ざり方が異なるからです。
| 波形 | 聞こえ方 | 理由 |
|---|---|---|
| サイン波 | 純粋で、空洞のような、フルートに近い音 | 基音のみで倍音がない |
| ノコギリ波 | 明るく、ブザーのように厚い音 | すべての倍音を含む — 定番のシンセリード／ベース |
| 矩形波 | 空洞のような、木質の、リード楽器的な音 | 奇数倍音のみ |
| 三角波 | 柔らかくまろやかな音 | 奇数倍音だが弱く、サイン波に近い |
| ノイズ | ピッチのないノイズ | すべての周波数が同時に鳴る — 打楽器・風・息に使う |
2. フィルター — 音色を整える
フィルターは周波数成分の一部を削ったり持ち上げたりします。最も一般的なのはローパスフィルターで、低域を残して高域を落とします。重要なつまみは 2 つです。
- カットオフ — フィルターがエネルギーを削り始める周波数です。下げると音は暗くこもり、上げると明るくなります。
- レゾナンス — カットオフ周波数の直上を持ち上げる量です。少量で声のような「ワウ」の強調が加わり、多量だとフィルターが共鳴して口笛のように鳴ります。
カットオフを時間とともにスイープさせる動きは、最もシンセらしい身ぶりです。その動きをどう作るかは エンベロープとモジュレーション を参照してください。
3. アンプ — 時間にわたる音量
アンプは、キーを押した瞬間から音が完全に消えるまでのノートの音量を制御します。生のオシレーターは延々と鳴り続けるだけですが、エンベロープで制御されたアンプがノートに始まり・本体・終わりを与えます — 弾いた瞬間のアタック、ゆっくりとした立ち上がり、長い余韻です。
15 種類の音作り方式
上記のブロックは減算式の音作りを説明したものですが、音の作り方はそれだけではありません。libsonare 内蔵の楽器エンジンである NativeSynth は 15 種類のエンジンを備え、それぞれ異なる楽器に向いています。
| エンジン | 音の作り方 | 向いている用途 |
|---|---|---|
| 減算式／バーチャルアナログ | オシレーター → フィルター → アンプ（上記の古典的な連なり） | リード、ベース、パッド |
| FM | 1 つのオシレーターが別のオシレーターのピッチを変調する | 金属的な音、ベル、エレクトリックピアノ、クラビネット |
| Karplus-Strong | 短いフィードバックディレイのループで弦の振動を模す | 撥弦楽器、ギター、ハープ、ハープシコード |
| モーダル | 同調した共鳴器のバンクで打たれた物体を模す | マリンバ、グロッケンシュピール、打たれたバーやベル |
| 加算式／ドローバー | 倍音のサイン成分を足し合わせる（オルガンのドローバーのように） | Hammond 風オルガン、倍音パッド |
| メンブレン（膜）打楽器 | 太鼓の膜の振動モードを模す | ドラム、タム、打楽器 |
| 拡張導波路ピアノ | 打弦されたピアノ弦の物理モデル | アコースティックピアノ |
| パイプオルガン | 風圧とランク挙動を持つ持続型フルーパイプ導波路 | 教会オルガンのストップ |
| ボウイング弦 | 摩擦励起の弦導波路 | ヴァイオリン、ヴィオラ、チェロ、コントラバス |
| リード木管 | リードと管体の導波路 | クラリネット、サックス、オーボエ、ファゴット |
| 金管 | リップリード金管導波路 | トランペット、トロンボーン、チューバ、ホルン |
| フルート | エアジェットが開管導波路を励起する | フルート、リコーダー、パンフルート、笛 |
| バジングブリッジ撥弦 | 駒を弦に触れさせて、エネルギーを上側の倍音へ撒き散らせる撥弦。buzz が 0 なら終端はクリーンなまま（ハープ、箏） | シタール、箏、ハープ |
| ソース・フィルター声 | 声門音源（ブザー的なノコギリ波）を母音の フォルマント（母音の違いを生む共鳴のピーク）を再現した共鳴器バンクで整形する | 合唱・独唱の母音 |
| フリーリード | スロットを揺れ動く駆動された金属リード。数セント高い 2 枚目のリードを加えると、揺らめくミュゼットのうなりが生まれる | アコーディオン、ハーモニカ、バンドネオン |
FM を一言で
FM（周波数変調）では、倍音豊かな波形をフィルターで削る代わりに、2 つの単純なサイン波オシレーターを使い、一方にもう一方のピッチを高速で揺らさせます。その結果、減算式では作りにくい、複雑で金属的・ベル的な音色が得られます。
このうち Karplus-Strong・モーダル・ピアノ・パイプオルガン・ボウイング弦・リード・金管・フルート・バジングブリッジ撥弦・ソース・フィルター声・フリーリードは物理モデリングです。波形を積むのではなく、振動する物体（弦、金属バー、管、リード、声道、エアジェット）のふるまいを近似します。現在の libsonare NativeSynth では、これらのアコースティック楽器系モデルはまだ仮実装で調整中です。完成済みの楽器シミュレーションではなく、データ不要のプレビュー／フォールバック音色として扱ってください。
フィルターのキャラクター
フィルター自体のキャラクターも変えられます。NativeSynth は 4 つのフィルターモデルを備え、それぞれレゾナンスとサチュレーションの風味が異なります。
- svf — クリーンで柔軟なステートバリアブルフィルター（中庸なデフォルト）。
- moog-ladder — 往年のアナログモノシンセの、太く温かいラダーフィルターのキャラクター。
- diode-ladder — よりざらつき、攻撃的に噛みつくラダーの変種。
- sallen-key — 別系統の名機につながる、なめらかで音楽的なフィルター。
libsonare での実装
NativeSynth は SynthPatch で設定します。engineMode フィールドが 15 種類のエンジンのいずれか（'subtractive'・'fm'・'karplus-strong'・'modal'・'additive'・'percussion'・'piano'・'pipe-organ'・'bowed-string'・'reed'・'brass'・'flute'・'plucked-string'・'vocal'・'free-reed'）を選び、waveform がオシレーター波形（'sine'・'saw'・'square'・'triangle'・'noise'）を、filterModel がフィルターのキャラクター（'svf'・'moog-ladder'・'diode-ladder'・'sallen-key'）を cutoffHz・resonanceQ とともに選びます。パッチを手で組む代わりに、synthPresetNames() で用意済みのカタログを一覧し、synthPresetPatch(name) で 1 つ読み込めます。内蔵プリセットはこの 15 エンジンの上に並んでおり、各プリセットは実体としては上記いずれかの方式にパラメーターを埋めたものです。各方式固有の深いデータ（FM のオペレーター構成、モーダルのモード表、ドローバーのレジストレーション、キットの各ピース、ピアノの弦、パイプランク、ボウイング摩擦、リード／金管の管体、フルートのジェット形状）は名前付きプリセットの中に収められ、パッチはすべてのエンジンが共通して持つ操作項目を公開します。
関連: 内蔵シンセサイザー（NativeSynth）、エンベロープとモジュレーション、オーディオの基礎、SoundFont とサンプル音源