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ウェーブテーブル合成は、楽音や音符の生成によく使用される準周期波形を作成するために使用されるサウンド合成技術です。
発達
ウェーブテーブル合成は、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持ち、ウェーブテーブル発振器の導入により16の波形を生成することができました。」[1]
ハル・チェンバレン氏は、 1977年9月のByte誌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・パーム氏は、 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、それ以来、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いる。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年の作曲『ドリームソング』で使用した。[5] [6]
原理
ウェーブテーブル合成は、基本的に複数の任意の単一サイクル波形の周期的な再生に基づいています。[7]ウェーブテーブル合成では、ウェーブテーブルで選択された波形を変更または変調するために何らかの方法が採用されています。ウェーブテーブル内の位置によって単一サイクル波形が選択されます。隣接する波形間のデジタル補間により、生成される音色の音色を動的かつスムーズに変化させることができます。ウェーブテーブルをどちらの方向にスイープするかは、LFO、エンベロープ、圧力、または速度などを使用してさまざまな方法で制御できます。
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、さまざまなデューティ サイクルの矩形波をいくつか使用して、アナログ シンセサイザーで使用される方法 (パルス幅変調など) をシミュレートできます。このように、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 サイクルが時間の経過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 シンセサイザーには非共振フィルターがあったため (PPG Wave シンセサイザーはアナログ Curtis 共振フィルターを使用)、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高共振波形が含まれていました。
サンプルベース合成（S&S）とデジタル波形合成の混同
1992年にCreative Labs Sound Blaster 16が発表されると、 「ウェーブテーブル」 [8]という用語が（誤って）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りました。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を一切採用しておらず、[9] PCMサンプルとFM合成を採用していました。
S&S (サンプルと合成) とデジタル ウェーブ合成は、1980 年代半ばに Sequential Circuits Prophet VS、Korg DW6000/8000 (DW は Digital Wave の略)、Roland D50、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る主なサウンド合成方法です。
エイブルトン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すか? ここで、よくある誤解について少し考えてみましょう。サンプリング合成では静的なデジタル サンプルを使用しますが、ウェーブテーブル合成では (オプションで) 波形の進化が可能です。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ますが、進化オプション (ほとんどのクラシック 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) によって区別されます。
今では、再生中のウェーブテーブルのリアルタイム 3D グラフと現在の波形がハイライト表示されたディスプレイを備えているものが多く、これは現代のウェーブテーブル シンセサイザーに共通する特徴的な機能です。
ユーザーウェーブテーブル
以前は、新しいウェーブテーブルの作成は、専用の編集機能と、シンセサイザーでの編集済みウェーブテーブルの (ほぼ) リアルタイム再生がサポートされていない限り、困難なプロセスでした。このようなエディターでは、PPG Waveterm などの追加のハードウェア デバイスを使用する必要があるか、 Waldorf WAVEなどの高価なモデルにのみ搭載されていました。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 カード経由で追加するか、MIDI 経由でシンセサイザーに送信できます。今日では、ウェーブテーブルはソフトウェアでより簡単に作成でき、コンピューターで直接試聴できます。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、時間領域と周波数領域の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。
実用
再生中、生成されたサウンドは、ウェーブテーブル内の別のポイントに移動することで倍音的に変更できます。これは通常、エンベロープ ジェネレーターまたは低周波発振器によって制御されますが、多くの場合、任意の数のモジュレーター (マトリックス モジュレーション) によって制御されます。これを行うと、出力波形の倍音成分がリアルタイムで変更され、アコースティック楽器を模倣したり、完全に抽象的なサウンドを作成したりできます。これが、このサウンド作成方法が優れている点です。このテクニックは、時間の経過とともにサウンドがゆっくりと変化する、進化するシンセ パッドに特に役立ちます。
ウェーブテーブルをうまく活用するには、各位置を「試聴」し、前後にスキャンする必要がありますが、ランダムなウェーブテーブル、開始位置、終了位置、スキャン方向を選択しても、満足のいく音楽結果が得られます。ほとんどのウェーブテーブル シンセサイザーでは、減算合成(フィルター)、位相変調、周波数変調、AM (リング) 変調など、出力波形をさらに形作る他の合成方法も採用していることに留意してください。
テーブルルックアップ合成
テーブルルックアップ合成[12]（またはウェーブテーブルルックアップ合成[13] ）（Roads 1996）は、テーブルルックアップによる波形テーブルを使用するサウンド合成方法の一種で、「テーブルルックアップ発振器」技術と呼ばれます。波形またはサンプルの長さは、各サウンド合成方法によって異なり、1サイクルから数分までさまざまです。
用語集
「波形テーブル」（または「波形テーブル」と同義）という用語は「ウェーブテーブル」と略されることが多く[14]、その派生語である「ウェーブテーブル発振器」[15]は、前述の「テーブルルックアップ発振器」とほぼ同じであるように思われるが、「波形」（または「波形」、「波形」）という単語は、単一サイクルの波形のニュアンスを暗示している可能性がある。
しかし、派生用語「ウェーブテーブル合成」は、派生アルゴリズムのその後の発展によって若干混乱しているようです。
- （１）ウェーブテーブル合成[15]
- その本来の意味は「テーブルルックアップ合成」と本質的に同じであり、[16] [17] [15] [18]波形に対して複数のアクションが期待される可能性がある。⇒ (2)、(3)を参照
- （２）波形テーブル修正アルゴリズム[19]
- 例えば、Karplus-Strong弦合成[20]は、デジタル導波管合成として知られる「波形テーブル修正アルゴリズム」の単純なクラスです。[19]
- （３）多重ウェーブテーブル合成[21]
- 1970年代後半、マイケル・マクナブ[5] [6]とヴォルフガング・パーム[4]は、テーブルルックアップ合成[注1]の多重ウェーブテーブル拡張を独立して開発しました。これはPPG Waveで一般的に使用され、ウェーブテーブルスイープとして知られています。 [22]その後、ホーナー、ボーシャンプ、ハーケン1993によって「多重ウェーブテーブル合成」と呼ばれるようになりました。 [21]
- （４）サンプルベース合成
- 同時に、1970 年代後半からは、Fairlight CMIとE-mu Emulatorの導入により、単一サイクルの波形ではなく比較的長いサンプルを使用するサンプルベースの合成が普及しました。
背景
サウンド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)ウェーブテーブル変更アルゴリズム、(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は、これらを適切に区別して使用していれば混乱は避けられたはずですが、歴史的には失敗しているようです。遅くとも 1990 年代には、いくつかの影響力のあるサンプルベース合成製品が「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)、これらの混乱が業界標準にもさらに影響を及ぼしました ( MPEG-4 Structured Audio アルゴリズムおよびウェーブテーブル合成、[23]や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 シンセサイザー[24]など)。2000 年代半ばには、用語の混乱が再び発生しました。汎用ウェーブテーブル合成のサブクラス、すなわちマクナブとパームの多重ウェーブテーブル合成は、あたかもそれがウェーブテーブル合成ファミリー全体の汎用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、急速な技術発展の中で概念と用語の一貫性を維持することが困難であることが注目されます。このため、この記事では「テーブルルックアップ合成」という用語について詳しく説明します。
参照
注記
- ^ 1970 年代後半に Michael McNabb と Wolfgang Palm によって開発された「多重ウェーブテーブル合成」(Horner、Beauchamp、Haken 1993)は、テーブルルックアップ合成で単一サイクル波形の配列を使用して、動的に変化する波形を実現するために採用された技術の 1 つにすぎません。この合成技術を使用すると、波形をフリップブックと同様の方法でアニメーション化できます。
参考文献
- ^ Crab, Simon (2013-12-26). 「『MUSIC N』、Max Vernon Mathews、米国、1957年」。120 Years of Electronic Music 。 2022年5月26日閲覧。
- ^ ハル・チェンバリン著「コンピュータによる音楽演奏のテクニックのサンプル」、Byte、1977年9月
- ^ パーム 2009.
- ^ アンドレセン 1979より。
- ^ ab Smith III, Julius O.「デジタル合成の歴史に関する視点：デジタル合成技術の分類」スタンフォード、カリフォルニア州：スタンフォード大学。 2015年2月24日閲覧。
- ^ ab McNabb, Michael. 「Dreamsong: The Composition」（PDF） . Computer Music Journal . 5 （4）。 2016年3月4日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2015年2月24日閲覧。
- ^ ブリストウ・ジョンソン 1996年。
- ^ 「Sound Blaster ISA カード - 情報とトラブルシューティング」。Creativeワールドワイド サポート。2012 年 2 月 2 日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ 「ウェーブテーブル合成」。WikiAudio 2018-04-05。
- ^ 「The New Wave: Live 10 の Wavetable を詳しく見る」Ableton 2017 年 11 月 29 日。
- ^ ネルソン、ジョン・クリストファー (2000)。「2. Csound の GEN ルーチンの理解と使用」。Csound ブック。米国マサチューセッツ州ケンブリッジ: MIT プレス。pp . 65–97。ISBN 0-262-52261-6。「Csound は、ウェーブテーブル合成、波形整形、MIDI ノート番号のマッピング、順序付けられたピッチクラス セットの保存など、さまざまな音楽アプリケーションにルックアップ テーブルを使用します。これらの関数テーブル (f テーブル) には、周期的な波形から任意の多項式、ランダムに生成された値まですべてが含まれています。特定のデータは、Csound の f テーブル ジェネレーター サブルーチン、つまりGENルーチンで作成されます。...」
- ^ Roads 1996、p. 87、デジタルサウンド合成入門、「この章では、デジタルサウンド生成の基本的な方法について概説します。簡単な歴史的概要に続いて、ほとんどの合成アルゴリズムの中核となるテーブルルックアップ合成の理論を紹介します。...」
- ^ Roads 1996、p. 125、サンプリング合成、「 第 3 章で説明したウェーブテーブル ルックアップ合成で使用される ピッチシフト...バリエーション手法。」
- ^ Alles, HG ; Giugno, Pepino di (1977 年 11 月). 「ワンカード 64 チャンネル デジタル シンセサイザー」. Computer Music Journal . 1 (4): 7–9. JSTOR 40731292.
波形テーブル
内のサンプル
...", 「図 1 ... 16 K × 14 ビット
ウェーブテーブル
- ^ abc Puckette, Miller (2002). 「Max at seventeen」（再版） . Computer Music Journal . 26 (4): 31–43. doi :10.1162/014892602320991356.
「たとえば、図 1 で使用されているウェーブテーブル発振器は、1950 年代後半にMathews のMusic II (11 ではなく 2)で初めて登場しました。Music II は MUSIC N プログラムの長いシーケンスの 1 つにすぎませんでしたが、ウェーブテーブル合成のアイデアは、コンピューター音楽の分野全体に広範な影響を及ぼしました。」 - ^ Boulanger, Richard ; Lazzarini, Victor編 (2010-10-22)。「3.2.3 テーブルルックアップ発振器」。オーディオプログラミングブック。Max Mathewsによる序文。MIT プレス。p. 335–336。ISBN
978-0-262-28860-6このセクションでは、波形を生成するための
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ているデータを読み取ることに基づく手法です。このサウンド合成手法は、1950 年代後半から 1960 年代前半にベル研究所の Max Mathews によって開発された MUSIC I-MUSIC V 言語で導入された最初のソフトウェア合成方式の 1 つでした。... / テーブルルックアップ合成では、波形の 1 サイクルのみを計算し、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: 前の引用では、著者はセクションのタイトル「テーブルルックアップ発振器」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」。
- ^ Hosken, Dan (2012). 「The Oscillator」音楽テクノロジーとプロジェクトスタジオ: 合成とサンプリングラウトレッジ p. 72–73. ISBN
978-1-136-64435-1
発振器
は、
目的の基本周波数に対して、1 秒間に適切な回数、ある波形のサイクルを生成します。これは、固定波形合成、テーブル ルックアップ合成、またはウェーブテーブル合成など、さまざまな呼び方があります。
- ^
Cullen & Howell 2006、「SOS 寄稿者の Steve Howell の回答: ウェーブテーブル合成は、実は非常に理解しやすいものです。合成の初期の頃は、(アナログ) オシレーターは、正弦波、三角波、のこぎり波、矩形波/パルス波など、限られた範囲の波形しか提供しておらず、通常はロータリー スイッチで選択していました。これにより、さまざまな波形をさまざまな方法で組み合わせると、驚くほど幅広い基本サウンドを演奏できるようになりました。
(HTML 版あり) - ^ ab 米国特許出願 5212334、Julius O. Smith III、「閉じた導波路ネットワークを使用したデジタル信号処理」、1993 年 5 月 18 日公開、ヤマハ株式会社に譲渡。(Wikipedia の記事「デジタル導波路合成」も参照してください。 「 「デジタル導波路合成」という用語は、開発に協力し、最終的に特許を申請したJulius O. Smith IIIによって造られました。これは、 Karplus-Strong アルゴリズムの拡張を表しています。 スタンフォード大学はデジタル導波路合成の特許権を所有しており、1989 年にヤマハとこの技術を開発する契約を締結しました。」)
- ^ Karplus, Kevin ; Strong, Alex (1983 年夏)。「撥弦楽器とドラムの音色のデジタル合成」( PDF)。Computer Music Journal。7 ( 2): 45–55。doi :10.2307/3680062。JSTOR 3680062。
ウェーブテーブル合成:
標準的な合成手法の 1 つに、
ウェーブテーブル合成アルゴリズムがあります。... ウェーブテーブル合成手法は非常に単純ですが、純粋に周期的な音
を生成するため、音楽的にはかなり退屈です。... この論文で説明するアルゴリズムはすべて、
ウェーブテーブル自体を変更することで音の変化を生み出します
。
- ^ ab Horner, Andrew; Beauchamp, James; Haken, Lippold (1993). 「楽器音の多重ウェーブテーブル合成法」(PDF) . J. Audio Eng. Soc . 41 (5) (1993 年 5 月発行): 336–356.
この論文の主題である
多重ウェーブテーブル合成は、
固定波形の合計または時間とともに変化する重みを持つ周期的基底関数に
基づいています。
- ^ Cullen & Howell 2006、「しかし、70 年代後半に、Wolfgang Palm は革新的な PPG Wave シンセサイザーで「ウェーブテーブル」デジタル発振器を使用しました。3 つまたは 4 つの波形ではなく、ウェーブテーブル発振器は、デジタルで作成され、「ルックアップ テーブル」に保存されるため、より多くの波形 (たとえば 64 個) を持つことができます...これで、波形が適切に配置されれば、サウンドに倍音の動きを作り出すことができます...従来のフィルター スイープに似たものに近づきます...」
- ^ Scheirer, Eric D. (MIT Media Lab); Ray, Lee (Joint E-Mu/Creative Technology Center) (1998). 「MPEG-4 マルチメディア標準におけるアルゴリズムとウェーブテーブル合成」。第 105 回オーディオ エンジニアリング協会 (AES) コンベンション (カリフォルニア州サンフランシスコ)。CiteSeerX 10.1.1.35.2773。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 フォーマット
の開発には、やや複雑な経緯がありました。元の仕様はE-Mu Systems によって提供され、同社の「SoundFont」フォーマット [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 に連絡し、MPEG-4 SASBF が同社の「Downloaded Sounds」フォーマット [13] と互換性を持つように要求しました。 E-Mu はこの互換性が望ましいことに同意したため、すべての関係者が協力して新しい形式について交渉し、設計しました。
- ^ 「1.4 AC '97 をシステムに統合する」(PDF)。AC '97 コンポーネント仕様リビジョン 2.3 Rev 1.0。Intel Corporation。2002 年 4 月。p. 11。
図 2. AC '97 システム図:
AC '97 デジタル コントローラー / オプションのハードウェア アクセラレーション / SRC*、ミックス*、3D ポジショナル*、
ウェーブテーブル シンセ
*
- ^
Cullen & Howell 2006、「それ以来、他のシンセサイザーも何らかの形でウェーブテーブル合成を採用しており、現在ではウェーブテーブル合成機能を組み込んだソフトウェアシンセサイザーもいくつかあります。」
注: 前の引用に関して、Wolfgang Palm によって開発された「マルチウェーブテーブル合成」と呼ばれる特定のウェーブテーブル合成は、「ウェーブテーブル合成」とあいまいに呼ばれています。
文献
- アンドレセン、ウーヴェ (1979)、「サウンド合成の新しい方法」、第 62 回 AES コンベンション (ブリュッセル、ベルギー)、オーディオ エンジニアリング協会 (AES)
- ブリストウ・ジョンソン、ロバート (1996)、「ウェーブテーブル合成 101、基本的な視点」、第 101 回 AES コンベンション (カリフォルニア州ロサンゼルス)、オーディオ エンジニアリング ソサエティ (AES)MusicDSP のコピーは 2013-06-15 にWayback Machineでアーカイブされています
- Cullen, Michael; Howell, Steve (2006 年 2 月)。「Q. ウェーブテーブル、S&S、ベクトル合成の起源について説明していただけますか?」Sound on Sound。
- Maunchly, J. William; Charpentier, Albert J. (1987)、VLSI を使用した音楽システムの設計における実際的な考慮事項、AES 第 5 回国際会議: 音楽とデジタル技術、オーディオ エンジニアリング協会 (AES)
- パーム、ヴォルフガング(2009)、PPG ストーリー、パート 4
- PPG Wave 2.2 オーナーズマニュアル (英語) (PDF) 、Palm Productions GmbH、 2012-02-10 にオリジナル(PDF)からアーカイブ、2010-02-14 に取得
- ロードス、カーティス (1996)。コンピュータミュージックチュートリアル。MIT プレス。ISBN 978-0-262-68082-0。
外部リンク
- 「Wavetable Cooker」。2014年2月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。Camille Bassuel がCで書いたグラフィカル インターフェイスを備えた GPL アプリケーション。ウェーブテーブル セットを生成するDFTを含むいくつかのDSPツールを実装しています。
- Hermann Seib (2011-01-07)。「PPG Wave 2.2 / 2.3 / EVU シミュレータ」。( VSTiプラグイン) と、Wolfgang Palmによる新しいWavetables '08、および「WaveSim Demo」。(スタンドアロン版) 「Waveterm C」で動作しました。著者：Hermann Seib、Paul Maddox、Dave Forward。