YM2413

「YM2413」（FM OPERATOR TYPE-LL、OPLL）は、1986年6月に発表され、1986年7月からサンプル出荷を開始した日本楽器製造のFM音源LSIである。

キャプテン端末・文字放送受信機用途を目的に開発され、文字放送・キャプテンの規格に対応した音色（メロディ9種類・リズム5種類）を含むメロディ15種類・リズム5種類の音色データをLSI内に内蔵していることが特徴となっている。

 概要 
YM2413は、日本仕様の文字多重放送の受信機および、ビデオテックスシステム「キャプテン」用の端末における使用を目的として開発されたFM音源LSIである。

日本の文字多重放送および、キャプテンの規格には符号化された楽譜データを再生する機能が盛り込まれており、日本テレビ放送網・京王技研工業・沖電気工業の開発による共通の音符符号化方式を採用していた。同方式では楽譜情報を構成する符号体系に加えて、発音の仕様についても定められていた。文字放送とキャプテンで採用される同方式の基本機能においては、メロディ楽器6音・リズム楽器5音の同時発音数、メロディ楽器9種類・リズム楽器5種類で構成される楽器名による音色の指定、8段階（3dBステップ、0dBから-21dBの範囲）で調整する音の強弱の指定が発音仕様として規定されていた。

YM2413では、文字放送とキャプテンで使われる音色を全て含有する、15種類のメロディ楽器と5種類のリズム楽器の音色が、LSI内の音色ROMと音色回路に搭載されている。なお、日本楽器製造はYM2413の発表と同時期に、キャプテン用途を目的としたモデム信号処理用LSI「YM3405」、画面表示処理用LSI「YM3918」を発表しており、音源用LSIであるYM2413を含めてこれらのLSIをキャプテン用の主要製品として位置付けていた。

また、YM2413はビブラート発振器と振幅変調発振器、9ビットD/Aコンバーター、水晶発振回路をLSI内に内蔵している。加えて、1音色分の音色レジスタを搭載しており、内蔵音色のほかに自作音色を作成することができる。LSI内への内蔵音色やD/Aコンバータの搭載は、低コストの音楽システムの実現を目的としていた。

日本楽器製造は主にキャプテン・文字放送用途、およびパソコン用途を目的とし、キャプテン・文字放送の同時発音数の仕様を満たすFM音源LSI「YM3526（OPL）」を1984年10月に発表し、1985年3月から量産を開始していた。YM2413はそのコスト削減版にあたるものである。

YM2413は本来の目的であるキャプテン端末・文字放送受信機以外にも、その低コストかつ組み込みが容易な性質から様々な目的において使用された。その採用例としては、「セガ・マークIII」用周辺機器「FMサウンドユニット」やその一体型機種である日本版「セガ・マスターシステム」、松下電器産業が発売したMSX用周辺機器「FMパナアミューズメントカートリッジ（FM-PAC）」、「FM-PAC」の仕様を音楽再生機能として「MSX2+」規格に取り込んだ「MSX-MUSIC」、パチスロ機『ニューパルサー』が存在する。

 機能 

 発音モード 
YM2413ではメロディ楽器同時9音、およびメロディ楽器同時6音・リズム楽器同時5音（バスドラム・スネアドラム・タムタム・トップシンバル・ハイハットシンバル）の2種類の発音モードを選択できる。これらの発音モードはYM3526にも実装されており、メロディ6音・リズム5音モードはキャプテンと文字放送に対応した発音モードとなっている。発音モードの切り替えは、リズム音専用のレジスタを操作して行う。

 音色指定 
YM2413は、メロディ楽器15音色とリズム楽器5音色の音色をLSIに内蔵している。メロディ楽器はそれぞれの楽器に対応する音色番号を指定する方式をとっており、リズム楽器は固定配置となっている。

メロディ楽器は音色データがROMに搭載され、FM音源方式で音色が合成される。また、音色定義用のレジスタを1音色分搭載しており、FM音源方式による自作のメロディ楽器の設定が可能である。内蔵音色と自作音色を合わせた16種類の音色から、チャンネルごとに異なる音色を個別に指定可能である。なお、YM2413にはキーオフ後の減衰時間を一定値に変更するサスティン機能が搭載されており、各チャンネルごとに効果を掛けることができる。

リズム楽器は専用の音色回路と、音色ROMに書き込まれたエンベロープデータを組み合わせて音色が合成される。バスドラムのみがFM音源方式で合成され、それ以外の楽器はホワイトノイズ発生器と、8チャンネルと9チャンネルの周波数情報を利用するノイズ発振器の組み合わせで合成される。タムはサイン波、スネアドラムは矩形波とホワイトノイズの合成、ハイハットはホワイトノイズとノイズ発振器、トップシンバルはノイズ発振器を用いて音色が合成される。

また、YM2413はキャプテンと文字放送の規格で定義された、全ての音色を搭載している。なお、文字放送・キャプテンで採用された音符符号化方式における音色指定については、当初シンセサイザーの音色パラメータを直接指定する仕組みも検討されたが、音色作成の難度やハードウェアごとの互換性および拡張性の観点から、楽器名による音色指定が採用された。楽器の選定については汎用性が考慮され、メロディ楽器は弦楽器・管楽器・リード楽器・打弦楽器から9種類、リズム楽器は5種類が代表的な音色として選ばれた。

以下に内蔵音色の一覧を示す。音色名は『YM2413 FM OPERATOR TYPE-LL（OPLL） アプリケーションマニュアル』の日本語版と英語版に従っている。

 メロディ楽器 
 番号 音色名（日） 音色名（英） キャプテン/文字放送対応 0  オリジナル  Original  × 1  バイオリン  Violin  ○  2  ギター  Guitar  ○ 3  ピアノ  Piano  ○ 4  フルート  Flute  ○ 5  クラリネット  Clarinet  ○ 6  オーボエ  Oboe  ○ 7  トランペット  Trumpet  ○ 8  オルガン  Organ  ○ 9  ホルン  Horn  × 10  シンセサイザー  Synthesizer  × 11  ハープシコード  Harpsichord  × 12  ビブラフォン  Vibraphone  ○ 13  シンセベース  Synthesizer Bass  × 14  ウッドベース  Acoustic Bass  × 15  エレキベース  Electric Guitar  ×

 リズム楽器 

 音色名（日） 音色名（英） キャプテン/文字放送対応 バスドラム  Bass Drum  ○ スネアドラム  Snare Drum  ○ タム  Tom-tom  ○ トップシンバル  Top Cymbal  ○ ハイハット  High Hat  ○

 FM音源部の制御 
YM2413のFM音源部は、1音に対して2つのオペレータセルを利用する2オペレータFM方式となっている。また、オペレータの接続アルゴリズムは、それぞれのオペレータを搬送波・変調波として用いる直列接続のFM変調モードのみが含まれている。なお、オペレータセルはLSI内に1つしか搭載していないため、時分割で演算が行われる。

また、YM2413に搭載されたエンベロープ生成器は、アタックレート・ディケイレート・リリースレートとサスティンレベル、トータルレベルなどの要素によって音色の変化を制御する。また、エンベロープ生成器には加えてDP機能があり、キーオン直後の音の立ち上がり時間の前に作動する。

オリジナル音色の定義においては、搬送波・変調波それぞれに対して、波形選択、周波数倍率（Multiple）の変更、エンベロープの変更、持続音モード・減衰音モードの切り替え、音程によってエンベロープ速度を変化させるキースケールレートの変更、音程によって音の大きさを変化させるキースケールレベルの変更、ビブラート効果および振幅変調効果の設定が可能である。また、変調波は加えて、オペレータの出力レベルを規定するトータルレベルの変更および、フィードバックレベルの変更が可能である。なお、オペレータの波形選択機能はFM音源LSI「YM3812」にも採用された機能であり、YM2413ではサイン波・半波整流の2種類、YM3812では4種類の波形が選択可能となっている。

音色定義に含まれるエンベロープ定義では、音の立ち上がり時間を示すアタックレート、アタックモード終了後の減衰時間を示すディケイレート、ディケイからの変化点を示すサスティンレベル、リリースレートの4つの値を設定できる。また、持続音モードと減衰音モードによって設定されたリリースレートの役割が変化する。持続音モードの場合はディケイモードの減衰後にサスティンレベルに達した後はキーオン中は音が減衰されず、リリースレートはキーオフ後の音の減衰時間を示す。減衰音モードの場合はリリースレートはディケイモードからサスティンレベルに達した後の音の減衰時間を示し、キーオフ後の音の減衰時間は一定となる。

 発音制御 
メロディ楽器の音程は、各チャンネルごとに設定する。音程を決める周波数情報（F-Number）は9ビット（512段階）の解像度を持ち、8段階のオクターブ情報（Block）と音色で設定された周波数倍率（Multiple）と組み合わされて、発音周波数が決定される。発音の制御は、チャンネルごとに存在するキーオンビットの操作によって行う。

リズム楽器の音程は、7から9チャンネルの周波数情報を利用して決定される。バスドラムについてはFM音源方式のためメロディ楽器と制御方法は同じだが、一部のリズム楽器で使われるノイズ発振器は8チャンネルと9チャンネルの2つの周波数情報を利用する。発音については、リズム音専用レジスタを介して5種類のリズム楽器を制御する。

メロディ楽器の各チャンネルと各リズム楽器の音量設定は、3dBステップ・16段階（0dBから-45dBの範囲）で設定できる。メロディ楽器は、各チャンネルごとに音色指定とまとめて設定し、リズム楽器は、7から9チャンネルまでの音色・音量レジスタが5種類のリズム楽器の音量に割り当てられる。

 動作仕様 
YM2413は、クロック周波数が2MHzから4MHzの範囲内で動作するが、エンベロープ生成器と振幅変調発振器・ビブラート発振器は3.6MHz（3.579545MHz）を基準に設計されている。駆動電圧は、+5Vとなっている。

 主な採用例 
 キャプテン端末・文字放送受信機
 ランク3キャプテン端末「キャプメイトV15E」：日本電気製、NTT発売
 文字放送チューナー「TU-TX100」：松下電器産業製
 ほか
 日本楽器製造製キーボード「ポータサウンド」
 「PortaSound PSS-170」：1986年12月発売
 「PortaSound PSS-270」：1986年12月発売
 家庭用ビデオゲーム機
 セガ・マークIII用周辺機器「FMサウンドユニット」：1987年発売、セガ・エンタープライゼス製
 日本版「セガ・マスターシステム」：1987年発売、セガ・エンタープライゼス製
 MSX
 MSX用周辺機器「FMパナアミューズメントカートリッジ」：1988年発売、松下電器産業製、MSX1以降対応
 「MSX-MUSIC」：「MSX2+」規格（1988年発表、オプション）、「MSXturboR」規格（1990年発表、標準搭載）に含まれる音楽再生規格
 パチスロ機
 『ニューパルサー』：山佐製
ほか
 業務用ビデオゲーム機
 『ランパート』：アタリゲームズ製
 カプコン製Z80互換CPU採用基板：（採用ソフト例：『麻雀学園 卒業編』、『クイズ三国志』など）
 ほか
 エレメカ
 『ワニワニパニック』（）：ナムコ製
 ほか

 型番 
 YM2413 - 18ピン プラスチックDIP
 YM2413-F - 24ピン プラスチックSOP
 YM2413B - 18ピン プラスチックDIP
 YM2413B-F - 24ピン プラスチックSOP
 YM2413B-FZ
 YM2413B-FZE2

 派生品 
 YM2420（OPLL2）
 1987年に発売されたヤマハ製ショルダーキーボード「SHS-10」、1988年に発売されたヤマハ製キーボード「PortaSound PSS-140」などに採用されたLSI。YM2413と比較して、機能面は基本的に同一となっているが、レジスタ配置には互換性がない。
YVM156B（ADT）
 信号抽出処理とCPUと連動した表示制御を行う文字放送用のデコードLSIで、付加音処理用としてYM2413相当のFM音源を内蔵している。
 MS1823（2423B-X）
 YM2413の内蔵音色データを差し替えたLSI。Atari ST用FM音源カートリッジ「FM Melody Maker」や、フィリップス製ポータブルシーケンサー「PMC100」に採用された。
YMF281（OPLLP）
 YM2413の内蔵音色データを差し替えたLSI。パチンコ機・パチスロ機に適した内蔵音色がLSIに搭載されている。
VRC7（VRC VII）
 1991年4月発売のファミリーコンピュータ用ゲームソフト『ラグランジュポイント』のカセットに搭載されたコナミの拡張LSI。VRC7には、拡張音源としてFM音源が含まれている。搭載されたFM音源はYM2413の機能を削減したもので、内蔵音色データも異なっている。また、メロディ楽器は6音のみに制限されており、リズム楽器も削除されている。
UM3567
 台湾のUMC（United Microelectronics Corporation）が製造・販売し、1990年ごろに流通していたFM音源LSI。このLSIはヤマハの無許諾で製造・販売されたものであり、ヤマハは製造元のUMCに対して警告文を送付している。また、このLSIを搭載したFM音源ボードが、台湾・韓国・米国地域で流通していた。。

 脚注 

 注釈 

 出典 

Category:ヤマハの製品
Category:音源チップ
Category:シンセサイザー
Category:ニューメディア
Category:コンピュータミュージック
Category:MSX