デジタルシンセサイザー

 
デジタルシンセサイザーとは、デジタル信号処理技術を使って音声信号処理を行なうシンセサイザーである。
概要.
デジタルシンセサイザーはディジタル信号処理の基礎技術を応用した物である。多様な音声合成方式が存在し、デジタル処理された音声信号はデジタル-アナログ変換回路を通してアナログ信号として出力される。
オシレータにおいて波形1周期分の位相情報をテーブル化し演算する方式も用いられた(合成演算の高速化・簡素化を図る為)。この方式は後にPCM音源が普及するまでウェーブテーブルシンセシスやFM音源などで用いられていた。ビデオゲーム機等の音源チップにも用いられており、それらは『波形メモリ音源』と呼ばれている。
フィルターはFIRフィルタ、IIRフィルタなどのデジタル処理に特化したアルゴリズムが用いられている。アナログシンセのフィルターはコンデンサと抵抗で構成されており、デジタル処理で再現するには相当の高速プロセッサを用いなければ速度が遅く実用的でない為である。
歴史.
1957年コンピュータを使ったソフトウェア音源として誕生した()。
1969年には最初のサンプリング音源 EMS Musys system (ミニコンPDP-8を2台使用)が開発されている。
また専用ハードウェアによる初期のディジタル楽器としては
等が挙げられる。アーレン・コンピュータ・オルガンは、1969-1972年ロックウェルとアーレン・オルガンにより共同開発され、関連特許は開発完了後に全てアーレン・オルガンに売却された。
音源方式.
アディティブ・シンセシス.
ここでは狭義の加算合成、音の要素である倍音に着目し、倍音一つ一つの強度の時間変化を設定して音色を合成する加算合成方式について説明する。このような形式のデジタルシンセサイザーの例として河合楽器製作所のK5、K5m、K5000R、K5000S、K5000M
が挙げられる。
なお、K5シリーズ,K5000シリーズは倍音を減ずる為のフィルタも内蔵している為、単純に倍音加算だけで音出力を得ている訳ではない。
スペクトログラムの逆変換の一例でもあり、ソフトウェア・シンセサイザーによる音源の実装例もある。
ウェーブテーブル・シンセシス.
波形テーブル上に1周期波形を複数並べ、キータッチや時間経過に応じて波形を順次切り替えて、音色変化を実現する方式。1980年が採用し、後継のに引き継がれた。
なおPPG Wave 2.xには、複数のソフトウェア・エミュレーション
が存在するので、音源の仕組みは簡単に実地確認できる。
なおPC用サウンドカード製品には「ウェーブテーブル音源」という名称を用いる製品が多いが、これらはサンプリング音源/PCM音源の別名に過ぎず、PPG/Waldorfの「ウェーブテーブル・シンセシス方式」とは無関係である 。
補足； 英語版記事「」との整合性
ベクトル・シンセシス / ウェーブ・シーケンス.
2次元平面を直交座標で4つの領域に分け波形を割り当てて、例えばジョイスティックやエンベロープ・ジェネレータの時間変化に沿って座標を更新し、4つの波形の混合比を変える一種の加算合成。SCIのDave Smithが開発し、SCIやKORGの製品が採用した他、KAWAIやYAMAHAも類似した音源を発売している。
なおこの音源の観点では、ウェーブテーブル・シンセシスは1次元座標軸上の移動として説明され、両者は類似したシンセサイズ方式とされるが、実際には (1)加算合成の有無、(2)潜在的に生成可能な波形のバリエーション、に相違がある。
サンプラー / PCM音源 (サンプリング音源、ウェーブテーブル音源).
1980年前後に、半導体メモリー価格の低下に伴い数十KB以上のROMやRAMの使用が現実的になると、1周期単位の波形ではなく数十ms～秒単位のサンプルを丸ごと使う サンプラーやPCMドラムマシンが製品化された。
サンプルの使用で音のリアリティは格段に向上したが、初期の製品は楽器としての表現力が充分とは言えなかった。
そこで、更に数十倍のメモリを使って細かなレイヤーで表現力を高めたり、
さらに減算合成方式(アナログ～ディジタル)を併用して表現力の拡大を図って、現在一般にPCM音源と呼ばれる多少複雑な音源方式が確立した。
1990年代半ば以降、MIDI音源搭載サウンドカードの主流となった「ウェーブテーブル音源」という呼称は、サンプリング音源/PCM音源の別名であるが、英語圏では広く使われ普及している。
FMシンセシス.
1980年代にYAMAHAの製品で広く知られるようになったディジタルFMシンセシスは、YAMAHAの実装では「波形メモリ出力で、別の波形メモリを読み出す処理」として実現しており、波形メモリの応用音源と考える事が可能である。
この処理は、アナログシンセ上では クロス・モジュレーション(オシレータ間モジュレーション) として知られており、波形メモリ処理が合成方式の本質ではない事が判る。FMシンセシスの出力(周波数スペクトル)の解釈には周波数変調の概念が援用されるので、一般には周波数変調を本質とするシンセサイズ方式だと考えられている。
FM音源製品のオペレータの波形テーブルには、一般には正弦波(もしくは余弦波)が搭載されている。後期には、波形テーブル読み替えでサイン波以外の波形も選択可能な製品が登場した。
後に登場した RCM音源 (YAMAHA)では、「サンプリング変調」と呼ばれる PCM波形でFM音源オペレータを変調する機能も提供された。
PDシンセシス.
1980年代にカシオが開発したPDシンセシスは、「波形メモリの読み出し位相角を歪ませて(読み出し速度を波形周期内で変更)、倍音を変化させる方式」と説明する事ができる。
類似した処理としては、アナログシンセ上の (一つのオシレータで別のオシレータを周期的にリセットし、結果的に波形を変形する方式) を挙げる事ができる。
ソフトウェア・シンセサイザー.
専用の機材を使用せずにパーソナルコンピュータやスマートフォン等の電子機器でソフトウェアにより音を生成する。