Loading article…
カルプラス・ストロング弦合成は、短い波形をフィルタ付き遅延線に通してループさせることで、ハンマーで叩いたり、はじいたりした弦や、一部の打楽器の音をシミュレートする物理モデリング合成法です。
一見すると、この手法は、 Z変換解析におけるコムフィルタと同様のフィードバックループに基づく減算合成と見なせる。しかし、遅延線が信号の1周期分を記憶する役割を果たすため、これは現在デジタル導波路合成として知られる、最も単純な波形テーブル変更アルゴリズムの一種と見なすこともできる。
アレクサンダー・ストロングがこのアルゴリズムを発明し、ケビン・カルプラスがその動作原理を初めて分析した。二人は協力して、カスタムVLSIチップを含む、このアルゴリズムのソフトウェアおよびハードウェア実装を開発した。彼らはこのアルゴリズムを「デジタルギター」の合成語として「Digitar」と名付けた。
結果として得られる信号の基本周波数（具体的には、ゼロでない最低共振周波数）は、カスケード接続された遅延とフィルタのアンラップされた位相応答がしたがって、与えられた基本周波数F 0に対する必要な位相遅延D は、 D = F s / F 0に従って計算されます。ここで、F sはサンプリング周波数です。
デジタル遅延線の長さは、サンプリング周期の整数倍です。JND （最小可聴差）以下の微調整に必要な分数遅延を得るために、基本周波数で適切な位相遅延が得られるようにパラメータを選択した補間フィルタが使用されます。IIRフィルタまたはFIRフィルタのどちらでも使用できますが、FIRフィルタは、分数遅延が時間とともに変化する場合に過渡現象が抑制されるという利点があります。最も基本的な分数遅延は、 2つのサンプル間の線形補間です（例：s（4.2）= 0.8s （4 ） + 0.2s （ 5））。位相遅延が周波数によって変化する場合、高調波は基本周波数に対してシャープになったり、フラットになったりします。元のアルゴリズムでは、隣接する2つのサンプルに等しい重み付けが使用されていました。これは乗算ハードウェアなしで実現できるため、非常に安価な実装が可能になります。
Z変換解析を用いることで、倍音のピッチと減衰時間をより正確に求めることができる。このアルゴリズムを紹介した1983年の論文で説明されている通りである。
カルプラス・ストロングアルゴリズムのデモンストレーションは、以下のVorbisファイルで聞くことができます。このアルゴリズムでは、ループゲイン0.98と、減衰量が段階的に増加する一次ローパスフィルタを使用しました。音の高さはA2、つまり220Hzです 。
周期（＝遅延線の長さ）を一定に保つと、弦や鐘のような振動が生じる。過渡的な入力の後、周期を急激に長くすると、ドラムのような音が得られる。
特定のモードにおける弦をはじいたような音から、アレックス・ストロングとケビン・カルプラスは、カルプラス・ストロング（KS）アルゴリズムはある意味で振動弦のシミュレーションであると推測し、振動弦の波動方程式を解くことを示す研究を行ったが、これは完了しなかった。[ 1 ]ジュリアス・O・スミス3世KS の伝達関数をデジタルフィルタとして見た場合、振動する弦の伝達関数と一致し、フィードバック ループ内のフィルタが 1 周期にわたる弦の振動損失全体を表すことが認識されました。[ 2 ]彼は後に、弦、管、膜内の音響波をモデル化するために使用されるデジタル導波路合成の特殊なケースとして KS アルゴリズムを導出しました。カルプラス ストロング アルゴリズムの最初の拡張と一般化のセットは、通常拡張カルプラス ストロング (EKS) アルゴリズムとして知られており、1982 年にイタリアのヴェネツィアで開催された国際コンピュータ音楽会議の論文で発表され、1983 年に Computer Music Journal に David A. Jaffe と Julius O. Smith による「カルプラス ストロング弦を弾くアルゴリズムの拡張」というタイトルの記事でより詳細に発表され、[ 3 ] Smith の PhD/EE 論文にも掲載されました。[ 2 ]
アレックス・ストロングは、弦楽器の合成のための優れたウェーブテーブル修正方法を開発したが、特許としてのみ公開した。 [ 4 ]
このアルゴリズムが音楽で初めて使用されたのは、1981年にデイヴィッド・A・ジャッフェが作曲した『 May All Your Children Be Acrobats』で、8本のギター、メゾソプラノ、コンピューター生成のステレオテープのために作曲され、カール・サンドバーグの『The People, Yes』をテキストとしている。ジャッフェは、コンピューター生成の弦楽器のための『Silicon Valley Breakdown』（1982年）や、弦楽四重奏とテープのための『Telegram to the President』（1984年） 、女性合唱とテープのための『Grass』（1987年）などの後の作品でも、このアルゴリズムの音楽的および技術的な可能性を探求し続けた。
この特許は当初マテル・エレクトロニクスにライセンス供与されたが、同社はアルゴリズムを用いた製品が開発される前に倒産し、その後、解雇されたマテルの幹部数名が設立したスタートアップ企業にライセンス供与された。しかし、このスタートアップ企業も開発を完了させるのに十分な資金を得られず、製品を市場に出すことはなかった。最終的にヤマハが、スタンフォード大学のソンディウス特許パッケージの一部としてこの特許のライセンスを取得した。このアルゴリズムを用いたハードウェアが実際に販売されたかどうかは不明だが、多くのソフトウェア実装（発明者へのライセンス料は支払われていない）がリリースされている。
厳密にはアルゴリズムに準拠していないものの、モジュラーシステム用のハードウェアコンポーネントの多くは、カルプラス・ストロング合成の基本原理を応用して市販されている。これは、フィルター処理された遅延線で非常に小さな時間値に対して反転・スケーリングされた制御システムを使用し、オクターブあたりのボルト数またはMIDIデータで制御される西洋平均律で演奏可能な音を生成するというものである。発明者は特に明記されていないが、一部のマニュアルには「カルプラス・ストロング合成」という用語が記載されている。
カルプラス・ストロング・スタイルのシンセシスが可能なハードウェア・コンポーネントには、Moog Clusterflux 108M、Mutable Instruments Elements and Rings、4ms Company Dual Looping Delay、2HP Pluck、Make Noise Mimeophon、Arturia MicroFreak、Non Linear Circuits Is Carp Lust Wrong?、Strymon Starlabなどがあります。
{{cite encyclopedia}}:欠落または空欄|title=(ヘルプ)