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ウェーブテーブルシンセシスは、音楽の音色や音符の生成によく用いられる、準周期的な波形を作成するための音響合成技術です。この技術では、振幅値の系列としてデジタル化された一連の波形を使用します。各波形は通常、波の1サイクルで構成されます。このようにデジタル化された多数の波形が収集され、テーブルに格納されます。テーブルには、元の「純粋な」音をわずかに変更した一連のバージョンが含まれていることがよくあります。
出力を生成するために、システムはテーブル内の開始点と長さを選択し、保存されている波形の該当部分をループして繰り返し再生します。各振幅値は、多くの場合ROMに格納されているメモリから順番に読み出されます。読み出された一連の数値はデジタル-アナログ変換器に送られ、そこで値が電気信号に変換されて可聴信号が生成されます。ほとんどのシステムには、複数のサンプルを混合してより複雑な出力を生成する機能が備わっています。
この技術の一例として、ロード可能な波形テーブルを備えたウォルドルフ・マイクロウェーブ・シンセサイザーが挙げられる。その波形テーブルの一つは、音声シンセサイザーの「1920」というフレーズで構成されていた。このサンプル内で異なる開始点と長さを選択することで、多種多様な音を生成することができた。
ウェーブテーブルシンセシスは、 1958年にマックス・マシューズによってMUSIC IIの一部として発明されました。MUSIC IIは「4ボイスポリフォニーを備え、ウェーブテーブル発振器の導入により16種類の波形を生成することができました。」[ 1 ]
ハル・チェンバリンは、Byte誌の1977年9月号でウェーブテーブル合成について論じた。 [ 2 ] Palm Products GmbH (PPG)のヴォルフガング・パームは、 1970年代後半に独自のバージョンを開発し[ 3 ]、1979年に発表した。[ 4 ]この技術は、PPGとWaldorf Musicが製造したシンセサイザーの主要な合成方法として、またEnsoniqとAccessの補助的な合成方法として使用されてきた。現在では、Waldorf Musicのハードウェアシンセサイザーや、PPGやWaldorfなどが提供するアプリを含むPCやタブレット用のソフトウェアシンセサイザーで使用されている。
また、マイケル・マクナブも独自に開発し、1978年の作品「ドリームソング」で使用した。[ 5 ] [ 6 ]
デジタル技術を用いた電子シンセサイザーは、一般的にデジタル値（数値）を生成し、その値をデジタル・アナログ変換器（DAC）に送ってスケーリングされた出力電圧を得ることで音を生成します。例えば、三角波やノコギリ波を生成する場合、システムは通常ゼロの初期値を持つレジスタを使用し、加算器または位相アキュムレータを用いてその値を周期的に増減させます。レジスタ内の値は出力のためにDACに継続的に送られます。結果として得られる音のピッチは、加算器の呼び出し速度によって変化させることができます。
ウェーブテーブル合成は、この種のシステムを比較的単純に変更したものです。任意の瞬間の値が加算などの単純な関数によって周期的に変更される代わりに、任意の瞬間の特定の値は、複数の任意の単一サイクル波形を構成する一連の値を含むメモリから読み出されます。[ 7 ]これにより、波形は三角波や正弦波のような単純な形状だけでなく、任意の形状を持つことができます。この点を除けば、システムはそれ以外は同じです。値は目的のピッチを生成するレートでレジスタに読み込まれ、レジスタの出力は出力信号を生成するDACに入力されます。異なるサウンドを生成するには、メモリ内の波形の開始点を指す単一の値を変更するだけで済みます。
テーブルには様々な波形が含まれているため、複数の波形を含む長めのサンプルを再生すると、システムが個々の波形の境界を越える際に予期せぬ副作用が発生する可能性があります。隣接する波形間のデジタル補間により、生成される音色のダイナミックで滑らかな変化を実現できます。波形を順方向または逆方向に読み取ることで追加の効果が得られ、LFO、エンベロープ、プレッシャー、ベロシティなど、さまざまな方法でさらに制御できます。
PPGおよびEnsoniqシンセサイザーで使用される多くのウェーブテーブルは、デューティサイクルが異なる複数の矩形波を利用することで、パルス幅変調などのアナログシンセサイザーで使用される方法をシミュレートできます。このようにして、ウェーブテーブルをスイープすると、パルス波のデューティサイクルが時間とともに変化するように見えます。初期のEnsoniqウェーブテーブルシンセサイザーは非共振フィルターを使用していたため（PPG WaveシンセサイザーはCurtisアナログ共振フィルターを使用していた）、一部のウェーブテーブルには、フィルターのこの制限を克服するために、共振性の高い波形が含まれていました。
1992年、 Creative Labs Sound Blaster 16の発売に伴い、 「ウェーブテーブル」 [ 8 ]という用語が（誤って）同社のサウンドカードのマーケティング用語として使われるようになった。しかし、これらのサウンドカードはウェーブテーブル合成[ 9 ]ではなく、PCMサンプルとFM合成を採用していた。
S&S（サンプル・アンド・シンセシス）とデジタル・ウェーブ・シンセシスは、1980年代半ばにSequential Circuits Prophet VS、Korg DW-6000 /8000（DWはデジタル・ウェーブの略）、Roland D-50、Korg M1などのシンセサイザーから現在のシンセサイザーに至るまで、デジタル・シンセサイザーで利用された主な音源合成方式でした。
Abletonは記事の中でいくつかの混乱について言及した。[ 10 ]
ちょっと待ってください、これは単なるサンプリング合成ではないのでしょうか？ここでよくある誤解について説明しておきましょう。サンプリング合成は静的なデジタルサンプルを使用するのに対し、ウェーブテーブル合成は波形を（オプションで）変化させることができます。つまり、ウェーブテーブルシンセはサンプリング合成のように聞こえることもありますが、波形の変化オプション（ほとんどのクラシックなウェーブテーブルサウンドではデフォルトで有効になっています）が両者の違いです。
以前は、専用の編集機能と、編集したウェーブテーブルのシンセサイザー上での（ほぼ）リアルタイム再生機能がない限り、新しいウェーブテーブルの作成は困難な作業でした。このようなエディターは、PPG Wavetermのような追加のハードウェアデバイスの使用を必要とする場合が多く、 Waldorf WAVEのような高価なモデルにしか搭載されていませんでした。より一般的には、事前に計算されたウェーブテーブルをメモリーカード経由で追加したり、MIDI経由でシンセサイザーに送信したりしていました。今日では、ソフトウェアを使用してウェーブテーブルをより簡単に作成し、コンピューター上で直接試聴することができます。ウェーブテーブル合成で使用されるすべての波形は周期的であるため、時間領域表現と周波数領域表現は互いに完全に等価であり、両方を同時に使用して波形とウェーブテーブルを定義できます。
再生中、生成される音は、通常はエンベロープジェネレーターや低周波発振器の制御下で、あるいは多くの場合、複数のモジュレーター（マトリックス変調）によって、ウェーブテーブル上の別のポイントに移動することで、倍音的に変化させることができます。これにより、出力波形の倍音成分がリアルタイムで変化し、アコースティック楽器を模倣した音や、完全に抽象的な音を作り出すことができます。この音作り手法の真価は、まさにこうした抽象的な音作りにあります。この技術は、音が時間とともにゆっくりと変化するシンセパッドの制作に特に有効です。
It is often necessary to 'audition' each position in a wavetable and to scan through it, forwards and backwards, in order to make good use of it, though selecting random wavetables, start positions, end positions and directions of scan can also produce satisfying musical results. It is worth noting that most wavetable synthesizers also employ other synthesis methods to further shape the output waveform, such as subtractive synthesis (filters), phase modulation, frequency modulation and AM (ring) modulation.
On Csound, it is called f-table (function table), and used for various purposes including: wavetable-lookup synthesis, waveshaping, MIDI note mapping, and storing ordered pitch-class sets.[11]
Table-lookup synthesis[12] (or Wavetable-lookup synthesis[13]) (Roads 1996) is a class of sound synthesis methods using the waveform tables by table-lookup, called "table-lookup oscillator" technique. The length of waveforms or samples may be varied by each sound synthesis method, from a single-cycle up to several minutes.
The term "waveform table" (or "wave shape table" as equivalent) is often abbreviated to "wavetable",[14] and its derived term "wavetable oscillator"[15] seems to be almost the same as "table-lookup oscillator" mentioned above, although the word "wave" (or "waveform", "wave shape") may possibly imply a nuance of single-cycle waveform.
However, the derived term "wavetable synthesis" seems slightly confused by the later developments of derived algorithm.
音の合成方法のクラスを表す上記の 4 つの用語、すなわち(1)ウェーブテーブル合成、(2)ウェーブテーブル修正アルゴリズム、(3)多重ウェーブテーブル合成、(4)サンプルベース合成について、 これらが適切に使用されて互いを区別していれば、混乱は回避できたはずですが、歴史的に見てそれは失敗に終わったようです。遅くとも 1990 年代には、影響力のあるサンプルベース合成製品のいくつかが「ウェーブテーブル合成」に似た商標名で販売され( Gravis Ultrasound ウェーブテーブル カード、Creative Wave Blasterウェーブテーブルドーターボード、Microsoft GS Wavetable SW Synthなど)、これらの混乱は業界標準にも影響を与えました ( MPEG-4 構造化オーディオのアルゴリズムおよびウェーブテーブル合成[ 23 ]、AC97オプションのハードウェア アクセラレーション ウェーブテーブル シンセ[ 24 ]など)。2000 年代半ばには、用語の混乱が再び発生しました。一般的なウェーブテーブル合成のサブクラス、すなわちMcNabb と Palm の多重ウェーブテーブル合成は、ウェーブテーブル合成ファミリー全体の一般的なクラスであるかのように誤って言及される傾向がある。[ 25 ]
その結果、急速な技術発展の過程で概念と用語の一貫性を維持することの難しさは特筆すべき点である。そのため、本稿では「テーブルルックアップ合成」という用語について詳しく解説する。
、「
図
1...16K×14ビット波形
テーブル
テーブルルックアップ方式
を紹介します。この方式は、ウェーブテーブル合成とも呼ばれます。 / ウェーブテーブル合成は、テーブルと呼ばれる連続したコンピュータメモリ位置のブロックに格納されたデータを読み取る技術です。このサウンド合成技術は、1950年代後半から1960年代前半にかけてベル研究所のマックス・マシューズによって開発されたMUSIC I-MUSIC V言語で導入された最初期のソフトウェア合成方式の1つです。 ... / テーブルルックアップ合成では、波形の1サイクルだけを計算し、この小さなサンプルセットをテンプレートとして機能するテーブルに格納するだけで十分です。 ...注:上記の引用で、著者は「テーブルルックアップ発振器」というセクションタイトルを次のように言い換えています。「テーブルルックアップ方式」、「ウェーブテーブル合成」、「テーブルルックアップ合成」。
The oscillator generates a cycle of some waveform the appropriate number of times per second for the desired fundamental frequency. This is referred to variously as fixed-waveform synthesis, table-lookup synthesis, or wavetable synthesis.
Wavetable Synthesis: One standard synthesis technique is the wavetable synthesis algorithm. ... The wavetable-synthesis technique is very simple but rather dull musically, since it produces purely periodic tones. ... All the algorithms described in this paper produce the variation in sound by modifying the wavetable itself.
多重ウェーブテーブル合成は、
時間とともに変化する重みを持つ固定波形または周期基底関数の和
に基づいています
。
2.2 SASBF によるウェーブテーブル合成:
SASBF
ウェーブテーブルバンク形式は
、開発の歴史がやや複雑でした。元の仕様は E-Mu Systems によって提供され、同社の「SoundFont」形式 [15] に基づいていました。このコンポーネントの MPEG-4 リファレンスソフトウェアへの統合が完了した後、MIDI Manufacturers Association (MMA) は MPEG にアプローチし、MPEG-4 SASBF が同社の「Downloaded Sounds」形式 [13] と互換性を持つように要求しました。 E-Mu社もこの互換性が望ましいことに同意し、そのため関係者全員が協力して新しいフォーマットを交渉・設計した。
図 2. AC '97 システム図:
AC '97 デジタルコントローラ / オプションのハードウェア アクセラレーション / SRC*、mix*、3D ポジショナル*、
ウェーブテーブル シンセ
*