波形メモリ音源

波形メモリ音源は1980年代に多用されたシンセサイザー音源の1種である。

1. 概要
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『波形メモリ音源』はシンセサイザーやビデオゲーム機等の音源チップや音源方式を指す言葉である。

波形メモリ音源は、本質的にはPCM音源の機能制限版に過ぎない。デジタルシンセサイザーの音源としては実用化のハードルが低かったため、デジタル黎明期の1980年代にPCM音源よりも先に実用化が行われた。PCM音源に似た原理構成だが、1つの周期に用いられるサンプル数が極めて短く、使用するリソースに対し多彩な音作りが可能であるため、制限の大きな環境では費用対効果が高い。その特性から、メモリ容量に対するコストが高かった1980年代に多用された。極めてサンプル数が少ないため倍音成分に乏しく、生音の特徴を部分的に再現する事が限界であり、パラメータ調節とは関係なく細く硬質な音となる。採用ハードウェアとしてはWaldorf PPG WaveやNEC-HE PCエンジンが有名である。後述するようにサンプル数が短いものの、PCMに似た特性を持つため、PCM再生を行うソフトウェアも存在する。

2000年代に生じたチップチューン人気に伴い、同ミュージシャンの間で再注目されるとともにこの言葉が使われるようになった。

2. 特徴
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PSG音源とよく混同されるが、一般的に PSG は矩形波や三角波といったごく基本的な波形のみ出力するのに対し、波形メモリ音源では概要に挙げたとおり、制約は強いながらも自由な波形を出力することができるという違いがある。もちろん PSG に類似した音色を生成することも可能であるが、音色の自由度ははるかに高いものとなっている。

PCM音源に似た原理だがより単純で、一つの音色に使うメモリは多くの音源で高々32バイトと少ない。

音が細かい矩形波で構成されているため、音程が低くなればなるほど模倣の元となった波形の音色との開きが出てくる。例えば正弦波を模倣した波形で低域を再生した際、正弦波本来の音よりも「プツプツ」というクリックノイズが目立つ現象が発生する。

「時間的な音色変化の無い簡易版アナログシンセ」的な音源として主に用いられている。音源のピッチやアンプはメインプロセッサ側から制御する事が多く、ハードウェア側ではなく、ソフトウェア的にエンベロープやLFO等の処理を行っている。一方フィルター処理は複雑なことから、波形メモリ音源制御における過去の導入実例は少ない。

成熟期には高速に波形を更新することで時間的な音色変化を実現している。また、制御する側で1周期ごとに波形を更新すればPCM音源のようにサンプリング音声を発声させることも可能である。

ナムコの業務用ビデオゲームでは一時期波形メモリ音源単独で使われていたが、多くの環境では内蔵音源ではそれ以外の特性を持つ出力ポートやチップとの併用、拡張音源としては、予め内蔵されているPSG、pAPU、ノイズジェネレータ等と組み合わせて使われることの方が多くあった。

3. ゲーム機に搭載された主な波形メモリ音源
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波形メモリ音源
コナミ 005289、SCC、SCC-I
ナムコ C15 、C30 、N163
任天堂 FDS拡張音源
波形メモリチャンネルを含むゲーム用音源
任天堂 ゲームボーイ、ゲームボーイアドバンス 通称GB音源
日本電気ホームエレクトロニクス PCエンジン、PC-FX
バンダイ ワンダースワン 通称WS音源
任天堂 バーチャルボーイ

3.1. 各音源のスペック
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波形メモリのサンプル数
4 - 128 : N160など
32 : SCC、C30、ワンダースワンなど
64 : FDSなど
波形メモリの量子化ビット数
4 : C15、C30、N163、GB、WS
5 : PCエンジン、PC-FX
6 : FDS
8 : SCC
チャンネル数
1 : FDS、GB
5 : SCC
2 - 4 : ワンダースワン
4 - 6 : PCエンジン、PC-FX
1 - 8 : C15
1 - 8 : N163
8 / 16 : C30

3.2. C30の特徴
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C30は複数のバージョンが存在し、1波形当たりの音量とチャンネルがそれぞれ4bitモノラル・15bitモノラル・4bitステレオと異なる。また、C30のチャンネル数は8または16を選択可能だが、16チャンネルモードにおいては音質低下リスクが存在したため実際には8チャンネルモードが使われた。

3.3. FDS音源の特徴
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ファミコンディスクシステムに採用されたFDS拡張音源は、波形メモリを土台としながらも位相変調  によるFM的な周波数の変調が可能である。そのためFM音源の一種に数えられることがあり、コナミより1987年に発売されたディスクシステム用ソフト『愛戦士ニコル』の説明書には、メーカー側の公式見解として「FM音源」が搭載されていると記載されていた。変調  により出力波形を生成、などの特徴があり、独特のサウンドを持つ。

3.4. SCC音源の特徴
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SCCで同時発声可能な波形は4つで、チャンネル数より1つ少ない。これは4chと5chが同じ1つの波形データを参照するために起こる。SCC-Iは5つのチャンネルごとに、異なる波形を同時発声可能 。いくつかのリビジョンが存在し、制限は使用するチップにより異なる。

3.5. PCエンジン音源の特徴
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PCエンジンの音源はCh.0とCh.1をLFOで合成させてFM音源のような変調音を作ることが可能。また、任意のCh.をDirect D/Aモードに設定した上でタイマー割り込みでCPUレジスタに波形データを渡し続けることでサンプリング周波数7kHz相当の5bitPCM音声が再生可能。

3.6. WS音源の特徴
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ワンダースワンの音源は2chをPCMに、4chをノイズ音源に切り替えることが可能。

3.7. 波形メモリ音源を使った主なゲーム
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任天堂・ディスクシステム用ソフト
プログラムからFDS音源を制御できるため、ローンチタイトルのゼルダの伝説を始め多くのゲームで利用されていた。
ナムコ・業務用ビデオゲーム
マッピー
リブルラブル
ドルアーガの塔
ギャプラス
パックランド
ディグダグII
メトロクロス
バラデューク
モトス
スカイキッド - ただし発売後早々にFM音源を搭載したスカイキッドDXに差し替わっている。
それ以降はシステム86基板、システムI基板にも使用されたがFM音源も搭載されていたため使用頻度は少なくなっていく。但しワールドスタジアムではメインBGMなど、多くの場面で使用されている。また、ホッピングマッピーではFM音源も搭載しているにもかかわらず波形メモリ音源しか使用していない。
コナミ・業務用ビデオゲーム
ツインビー
グラディウス
ギャラクティックウォーリアーズ
RF-2
ヘクシオン
コナミ・MSX用ゲームソフト
グラディウス2、沙羅曼蛇、ゴーファーの野望 エピソードII、パロディウス
F1スピリット - グラディウス2と同じく、SCC搭載第一弾。
エルギーザの封印
THEプロ野球 激突ペナントレース、激突ペナントレース2 - 音声による演出にも使用されている。
魂斗羅
スペースマンボウ
メタルギア2 ソリッドスネーク
クォース
スナッチャー、SDスナッチャー - フロッピーディスク媒体での発売。ディスクキャッシュ用のRAMとSCC-Iを搭載した付属カートリッジが添付されている。
PCエンジン
標準搭載されている音源であるため、特徴的な使われ方をしているものを以下に列挙。Direct D/Aモード並びに波形の書き換えによってDACとして使用可能である。
源平討魔伝 - PCMの使用によりアーケード版のほぼすべての音声の再生を実現している。
ゼビウス ファードラウト伝説 - PCMパートでドラムスなどの再生を実現している。開発元はコンパイル。
ガンヘッド - 同上。
スーパースターソルジャー - 同上。ハドソン+カネコによるドライバ。
ソルジャーブレイド - 同上。
デビルクラッシュ - 擬似FM音源及びサンプリングドラムを駆使したBGMとなっている。
フラッシュハイダース - 擬似FM音源を使用し、特徴的な音作りを実現している。
フィーンドハンター - 本体側のPCMとCD-ROM側に搭載したADPCMを同期させた多重再生を行っている。
精霊戦士スプリガン - 同上。
マジカルチェイス - D/Aモードは未使用だが、非常に細かい波形切り替えや左右の音量変更により、たいへん広がりのあるサウンドを実現している。

4. その他の波形メモリ音源使用例
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4.1. 波形メモリ音源エミュレータ
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Chip32
プチコンシリーズ - 曲や効果音のために波形メモリ音源を利用でき、MMLで制御できる
プチコンmkII
プチコン3号・プチコンBIG