ダイレクトサウンド

DirectSound は、 Windows オペレーティングシステム用のMicrosoft DirectXライブラリの非推奨のソフトウェアコンポーネントであり、 XAudio2に置き換えられました。Windows 95 から Windows XP 用に作成されたサウンドカードドライバーに低遅延インターフェイスを提供し、複数のオーディオストリームのミキシングと録音を処理できます。DirectSound は、もともと Microsoft 向けにJohn Milesによって作成されました。^[1]

DirectSound は、オーディオデータをサウンドカードに渡すという基本的なサービスを提供するほか、サウンドの録音とミキシング、サウンドへのエフェクトの追加 (リバーブ、エコー、フランジなど)、Windows 95 から XP でのハードウェアアクセラレーションバッファの使用 (サウンドカードがハードウェアオーディオアクセラレーションをサポートしている場合)、3D 空間でのサウンドの配置など、その他の重要な機能も提供します。DirectSound は、マイクやその他の入力からサウンドをキャプチャし、オーディオキャプチャ中にキャプチャエフェクトを制御する手段も提供します。^[2]

長年の開発を経て、現在 DirectSound は成熟したAPIとなり、高解像度でマルチチャンネルサウンドを再生する機能など、他の多くの便利な機能も提供しています。DirectSound はゲームで使用するために設計されましたが、今日では多くのオーディオアプリケーションでオーディオを再生するために使用されています。サウンドカードのハードウェアオーディオアクセラレーション機能が存在し、オーディオドライバーによって公開されている場合、 DirectShow はDirectSound のハードウェアオーディオアクセラレーション機能を使用します。^[3]

特徴

DirectSound は、アプリケーションとサウンドカードドライバー間のインターフェイスを提供し、アプリケーションがサウンドを生成したり音楽を再生したりできるようにするユーザーモードAPI です。

DirectSound は、複数の同時オーディオストリームを特徴とし、複数のアプリケーションが同時にサウンドカードにアクセスできることから、1995 年に導入された当時は革命的であると考えられていました。それ以前は、ゲーム開発者は独自のオーディオレンダリングエンジンをソフトウェアで実装する必要がありました。

DirectSound は、無制限の数のオーディオソースに対してサンプルレート変換とサウンドミキシング(ボリュームとパン) を提供しますが、実際の制限はハードウェアオーディオソースの数とソフトウェアミキサーのパフォーマンスです。

DirectSound アーキテクチャは、サイクルで連続的に再生される「リングバッファ」の概念を備えています。アプリケーションプログラマはサウンドバッファを作成し、「読み取りカーソル」を通じてその状態を継続的に照会し、「書き込みカーソル」で更新します。バッファには、バックグラウンドミュージックなどの連続サウンドを保持する「ストリーミング」バッファと、短いサウンドを保持する「静的」バッファの 2 種類があります。

サポートされているサウンドカードでは、DirectSound は「ハードウェアアクセラレーション」バッファ (つまり、ローカルサウンドカードメモリに配置できるバッファ、またはシステムメモリからサウンドカードによってアクセスできるバッファ) の使用を試みます。ハードウェアアクセラレーションが利用できない場合、DirectSound はシステムメモリにオーディオバッファを作成し、純粋にソフトウェアミキシングを使用します。

Sound Blaster AWE32やGravis Ultrasoundなど、DOS 後期の「ウェーブテーブル」サウンドカードには、デジタル音楽機器から借りた専用のDSP が搭載されていました。これらのカードには、複数のオーディオストリームをバッファリングしてオンボードでミキシングするために使用できるローカルメモリが搭載されていたため、CPU の負荷が軽減され、音質が大幅に向上しました。ただし、これは DOS でハードウェアを直接プログラミングすることによってのみ可能であり、ダブルバッファリングの複雑さのため、ローカルメモリからのフル機能の「ハードウェアアクセラレーション」はこれらのカードに実装されませんでした。Sound Blaster Live! 、Audigy、X-Fiなどの後期のカードは、システムメモリバッファに直接アクセスできます。

ダイレクトサウンド3D

DirectSound3D (DS3D) は、Windows で3D オーディオを標準化する目的で 1996 年に DirectX 3 で導入された DirectSound の拡張機能です。DirectSound3D を使用すると、ソフトウェア開発者は、各オーディオカードベンダー向けにコードを何度も書き直すのではなく、単一のオーディオAPI用にコードを 1 回記述するだけでオーディオを活用できます。

DirectX 5 では、DirectSound3D は、Microsoft が承認した方法を通じて、DirectSound3D を適切に高速化するために、サードパーティの 3D オーディオアルゴリズムを使用するサウンドカードのサポートを獲得しました。

DirectX 8 では、DirectSound と DirectSound3D (DS3D) が正式に統合され、 DirectX Audioという名前が付けられましたが、API は今でも一般的に DirectSound と呼ばれています。

EAX

EAX は、ハードウェアアクセラレーションバッファーにサウンド効果処理を提供する DirectSound および DirectSound3D の拡張機能です。

OSサポート

ウィンドウズ95

Windows 95、98、および Me では、DirectSound ミキサーコンポーネントとサウンドカードドライバーは両方ともカーネルモード VxDドライバー (Dsound.vxd) として実装されており、オーディオハードウェアで使用されるプライマリバッファーに直接アクセスできるため、ユーザーモード API と基盤となるハードウェア間の待ち時間が最小限に抑えられますが、場合によっては不安定になり、ブルースクリーンエラーが発生することがあります。

Windows 98 では、WDM オーディオとカーネルオーディオミキサードライバー ( KMixer ) が導入され、これにより、高品質のサンプルレート変換とカーネルストリーミングによる同時オーディオストリームのデジタルミキシング、ルーティング、処理が可能になりました。WDM では、DirectSound はソフトウェアベースの KMixer にデータを送信します。Windows 98 Second Edition では、DirectSound ハードウェアバッファリング、DirectSound3D ハードウェア抽象化、キャプチャストリーム用の KMixer サンプルレート変換 (SRC)、マルチチャンネルオーディオサポート、DirectMusic の導入が追加され、WDM オーディオサポートが強化されました。オーディオハードウェアがハードウェアミキシング(ハードウェアバッファリングまたは DirectSound ハードウェアアクセラレーションとも呼ばれる) をサポートしている場合、DirectSound はレンダリングデバイスに直接バッファリングします。^[4] DirectSound ストリームがハードウェアミキシングを使用する場合、KMixer とそのレイテンシ遅延はバイパスされます。^[5] Windows 98 と Windows Me では、WDM オーディオドライバーが推奨されていましたが、VxD ドライバーモデルとの互換性は保持されていました。

Windows ドライバーモデル(WDM) は Windows 98 から利用可能になりましたが、それを使用しているオーディオカードメーカーはほとんどありませんでした。内部バッファリングのため、KMixer では処理遅延が大幅に増加しました (当時のシステムでは 30 ミリ秒)。Windows 98 には、これらのリアルタイムマルチメディアデータストリーム処理要件に対応する WDM ストリーミングクラスドライバー (Stream.sys) も含まれています。サウンドカードが、システム提供のポートクラスドライバーPortCls.sysで使用するカスタムドライバーを使用する場合、またはストリーミングクラスドライバーで使用するミニドライバーを実装する場合、アプリケーションは KMixer を完全にバイパスし、代わりにカーネルストリーミングインターフェイスを使用して遅延を減らすことができます。

Windows 2000/XP

Windows 2000では、MicrosoftはWDMオーディオドライバーとカーネルミキサーコンポーネント（KMixer）を導入することで、 Windows NTに同じWDMベースのオーディオスタックを実装しました。 ^[6] Windows XPでは、Microsoftは別の改良されたカーネルストリーミングクラスドライバーであるAVStreamを導入しました。Windows XPからは、USBマイクのアコースティックエコーキャンセレーション、ノイズ抑制、アレイマイクのサポートなど、 DirectSoundキャプチャエフェクト処理用のハードウェアアクセラレーションも追加されました^[7]。

Windows Vista/Windows 7

Windows Vista は、 Universal Audio Architectureに基づいて完全に書き直されたオーディオスタックを備えています。再設計されたオーディオスタックのアーキテクチャの変更により、DirectSound からオーディオドライバーへの直接パスは存在しません。^[8] DirectSound、DirectMusic、およびMMEなどの他の API は、 WASAPIセッションインスタンスとしてエミュレートされます。DirectSound は、Microsoft ソフトウェアミキサーのエミュレーションモードで実行されます。エミュレーターにはハードウェア抽象化がないため、ハードウェア DirectSound アクセラレーションはありません。つまり、DirectSound アクセラレーションに依存するハードウェアとソフトウェアのパフォーマンスが低下する可能性があります。アプリケーションと実際のシステムハードウェアによっては、想定されるパフォーマンスの低下が目立たない可能性があります。DirectSound3D を使用して再生されるハードウェア3D オーディオ効果の場合、再生できません。これにより、EAX 拡張機能との互換性も失われます。^[9]

ASIOやOpenALなどのサードパーティ API は、IOCtl を使用してオーディオドライバーと直接インターフェイスするため、Windows Vista のアーキテクチャ変更の影響を受けません。ハードウェアアクセラレーションによる高品質の 3D ポジショナルオーディオを利用したいアプリケーション向けのソリューションは、OpenAL を使用することです。ただし、これは製造元がハードウェア用の OpenAL ドライバーを提供している場合にのみ機能します。^[10]

ウィンドウズ8

Windows 8のWASAPIオーディオスタックは、Vistaで導入されたソフトウェア処理に加えて、ミキシングとエフェクト処理のために複数のオーディオストリームをオーディオカードに「ハードウェアオフロード」するサポートを導入しました。[ ^11]^[12]ただし、この機能はWindowsランタイムアプリにのみ公開されています。^[13] DirectSoundとDirectMusicのサウンドカードドライバーへのハードウェアインターフェイスは実装されていません。

ウィンドウズ

DirectSoundのサポートはWindows CEバージョン4.2まで利用可能でしたが、5.0以降は削除されました。^[14] Windows CE 6.0もDirectSoundをサポートしておらず、代わりにWaveform Audio APIを使用するようにアプリケーションを書き直すことを推奨しています。

代替実装

Windows Vista で DirectSound が削除された後、いくつかの代替実装が登場しました。

Sound BlasterのCreative ALchemy（2007）は、DirectSound3DとEAXなどのオーディオエフェクトのハードウェアアクセラレーションを提供します。^{[15] Creative ALchemyはDirectSound3Dへの呼び出しをインターセプトし、}Sound Blaster X-FiやSound Blaster Audigyなどのサポートされているハードウェアで処理できるようにOpenAL呼び出しに変換します。ソフトウェアベースのCreativeオーディオソリューションの場合、ALchemyはOpenALをまったく使用せずに組み込みの3Dオーディオエンジンを利用します。

統合HD オーディオコーデックのメーカーであるRealtek には、ALchemy に似た 3D SoundBack という製品があります。PCサウンドカードチップセットのメーカーであるC-Media にも Xear3D EX というソリューションがありますが、これはユーザーの介入なしにバックグラウンドで透過的に DirectSound3D 呼び出しを傍受することで動作します。

IndirectSoundは、ハードウェアアクセラレーションを使用せずにXAudio2を使用してDirectSound 3Dをエミュレートするフリーウェアライブラリです。^[16]

DSOALはOpenALを使用してDirectSound 3DとEAXをエミュレートするオープンソースライブラリです。ハードウェアアクセラレーションされたOpenAL実装またはOpenAL Soft（HRTFを提供）のいずれかを使用できます。^[17]

参照

参考文献

^ 「DirectXの進化」。Maximum PC。3 ( 9): B8。1998年10月。 2019年7月21日閲覧。
^ DirectSound キャプチャ効果: MSDN
^ DirectShow に関するよくある質問
^ DirectSound ドライバモデル
^ DirectSound ハードウェアアクセラレーションの概要
^ CakeWalk - Windows プロオーディオラウンドテーブル
^ ハードウェアアクセラレーションによるキャプチャ効果の公開
^ 「Vista 対応サウンドカードに関する Techreport の記事」 2008 年 1 月 15 日。2008年 12 月 23 日閲覧。
^ Creative Technology - サポート - Windows Vista のオーディオ
^ 「OpenAL と Windows Vista」。2008 年 1 月 2 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008 年 1 月 10 日閲覧。
^ オーディオオフロード: Windows でのハードウェアオフロードオーディオ処理の公開
^ Windows ドライバーキット - Windows 開発者プレビュー - オーディオドライバーの新機能
^ 「実装の概要 - Windows ドライバー | Microsoft Docs」。
^ Windows CE 5.0 で削除された機能
^ 「Creative ALchemy ウェブサイト」。2008 年 12 月 17 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008 年 12 月 23 日閲覧。
^ 間接サウンド
^ 「DSOAL: OpenAL Soft 経由 でサラウンドサウンド、HRTF、EAX サポートを有効にする DirectSound DLL の置き換え」。GitHub。2023年 4 月 20 日。

外部リンク

MSDN ダイレクトサウンド
DirectX での 3D サウンドとは
Windows Vista のオーディオ
Creative ALchemy {インターネットアーカイブ上}
用語集: PC Gaming Wiki のサウンドカード、DirectSound の代替品に関する注記付き

[maxpcevolution-1] 「DirectXの進化」。Maximum PC。3 ( 9): B8。1998年10月。 2019年7月21日閲覧。

[2] DirectSound キャプチャ効果: MSDN

[3] DirectShow に関するよくある質問

[4] DirectSound ドライバモデル

[5] DirectSound ハードウェアアクセラレーションの概要

[CakeWalkKS-6] CakeWalk - Windows プロオーディオラウンドテーブル

[7] ハードウェアアクセラレーションによるキャプチャ効果の公開

[8] 「Vista 対応サウンドカードに関する Techreport の記事」 2008 年 1 月 15 日。2008年 12 月 23 日閲覧。

[creativeKB25937-9] Creative Technology - サポート - Windows Vista のオーディオ

[10] 「OpenAL と Windows Vista」。2008 年 1 月 2 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008 年 1 月 10 日閲覧。

[offloadingW8-11] オーディオオフロード: Windows でのハードウェアオフロードオーディオ処理の公開

[WDK_w8-12] Windows ドライバーキット - Windows 開発者プレビュー - オーディオドライバーの新機能

[13] 「実装の概要 - Windows ドライバー | Microsoft Docs」。

[14] Windows CE 5.0 で削除された機能

[15] 「Creative ALchemy ウェブサイト」。2008 年 12 月 17 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008 年 12 月 23 日閲覧。

[16] 間接サウンド

[17] ^ 「DSOAL: OpenAL Soft 経由 でサラウンドサウンド、HRTF、EAX サポートを有効にする DirectSound DLL の置き換え」。GitHub。2023年 4 月 20 日。