最強の拳、FM音源

最強の拳、FM音源
@silpheed_kt
レトロゲーム勉強会#2 2018/8/29

自己紹介（いま）
@silpheed_kt
Keiichi Tanaka
都内のゲーム開発会社で
ソフトウェア開発＋インフラ構築

自己紹介（むかし）
Ｓilpheed☆
Keiichi Tanaka
「マイコンBASICマガジン」
ライター・編集

「Computer Music Magazine」

マイコンソフト株式会社
OEMハードウェア担当

自己紹介（むかし）
Ｓilpheed☆
Keiichi Tanaka
「マイコンBASICマガジン」

「Computer Music Magazine」

マイコンソフト株式会社
OEMハードウェア担当
これ

FM音源とは
ここでは、

「ヤマハの」ゲーム中の音楽や効果音を演奏するために使われてい
る「FM方式の」LSI

を「FM音源」と呼称します。

FM音源とは
FM ＝ Frequency ModulaKon（周波数変調）
※FMラジオのFMと一緒

オペレーター＝正弦波出力器
※正弦波は時報の「ぽー」という音

一般的なシンセでは「オシレーター」だが、ヤマハのFM音源では「オ
ペレーター」と呼びます。

FM音源とは
オペレーターの種類

変調を「かける側」＝モジュレーター
変調を「かけられる側」＝キャリア

キャリアとモジュレータの組み合わせ
（アルゴリズム）で複雑な波形を出力する。
出典：hLp://d.hatena.ne.jp/licheng/20131112/p1

代表的なFM音源
・2オペレーター（2アルゴリズム）

FM-PAC（MSX）
Sound Orchestra（の拡張音源部）（PC-9801）　等

・4オペレーター（8アルゴリズム）

YM2203（PC-8801mkⅡSR、PC-9801-26K等）
YM2608（サウンドボードⅡ、PC-9801-86等）
YM2151（X1、X68000、アーケードゲーム基板等）
等

代表的なFM音源（シンセサイザー寄り）
6オペレーター（32アルゴリズム）
YAMAHA DX7等
　　：　（この間にいろいろあるが省略）
　　：
YAMAHA SY77等（AFM）
オペレータが正弦波以外の出力可能。

8オペレーター（88アルゴリズム）
YAMAHA FS1R
FS音源
オペレーターがフォルマントの出力可能。
最強。欲しい。

FM音源の特徴
得意なところ
・硬質な尖った音色、透き通った音色＝整数次倍音
　ベル、エレピ、薄いシンセブラス、FMベース、等
・音色パラメータが少ない＝省メモリ

苦手なところ
・複雑な音色＝倍音が豊富な音や非整数次倍音が苦手
　アンサンブル系、オーケストラヒット等
・音色作成の難しさ（予想がつけ辛い、経験則）
　4オペレーター8アルゴリズムでも結構大変。
　FS1R（8オペレーター88アルゴリズム）とか神の領域。欲しい。
　MontageのFM-XがFS1R相当らしい。欲しい。

FM音源の使われ方
一般的な音楽におけるFM音源

・数ある楽器の中の一つ

例：エレピをFM音源（DX7とか）で鳴らす

　ユニゾンさせて重厚な音を作る、エフェクターで加工する、等
　足りなくなればもう1台持ってくればいい。
　YAMAHA TX816（DX7が8台分＝128音）
　欲しい。

FM音源の使われ方
ゲームミュージックにおけるFM音源

・音楽を演奏する（ほぼ）唯一の手段

例：音楽と効果音を全部1つのFM音源LSIで鳴らす。
　　音楽をFM音源LSIで、効果音を（AD）PCMで鳴らす。

・エフェクター非搭載のためシンプルな音になりがち
　エフェクター（DSP）が搭載されているのはF3ボードくらい。
　ES5505 OTIS＋ES5510最高。
　でもすごく使いづらいらしい。

同時発音数との戦い
同時発音数＝同時にいくつの音を鳴らすことができるか

例：YM2203 ＝ FM3音、PSG3音
　　※PSG ＝（狭義では）矩形波を出力する音源
　　YM2151 ＝ FM8音

同時発音数との戦い
ゲームのBGMでは、

・あらかじめ効果音のチャンネルを空けてある
・ドライバーで割り込みで効果音を鳴らす
・効果音はPCMに逃がす（搭載していれば）
・楽曲で工夫
　ベースの3拍目をスネアドラムに切り替えてチャンネル数節約
　ドラムを1チャンネルでまかなう

等、工夫が凝らされている。

同時発音数を増やす
・音色で工夫

アルゴリズム4
　キャリアとモジュレーターが2組ある。
　　　↓
　それぞれの組で異なる音色を作り同時に鳴らすことができる。

例：バスドラム＋ハイハット
・オペレーター1のマルチプルを15に設定してセルフフィードバックを
最大にしてホワイトノイズを発生（どの音階でもホワイトノイズになる）。
・オペレーター3と4でバスドラムの革を叩く音を作成。
・低域（オクラーブ2のCくらい）で鳴らす。

それぞれの組で異なる音階を作り和音を鳴らす

例：マルチプルの差を利用

マルチプル（ML、MUL）は、基準の音階の何倍の周波数の音を出す
か、というパラメータ。
オペレータ2、オペレータ4（各組のキャリア）のマルチプルをそれぞれ
4、3とすると、組の間の音階のずれが5度になる。
＝5度の和音が鳴らせる。
ただし、この音色で「ド」の音を指定しても、マルチプルが3なのでその
ままでは「ド、ソ」とならないので、指定した音階と実際に鳴る音の対
応表を作って打ち込む。

オペレータ2、オペレータ4（各組のキャリア）のマルチプルをそれぞれ
4、3とすると、組の間の音階のずれが5度になる。
＝5度の和音が鳴らせる。

※何故キャリア4のマルチプルを4にしないか

アルゴリズム4ではオペレータ1のセルフフィードバックを使うことでオ
ペレータ1、2の組でより複雑な音色を作ることができ、これをトップ
ノート（和音で一番高い音）に持ってきたほうがより特徴的な音を鳴ら
すことができる。

効果音モードを使う（YM2203）

YM2203で効果音モードを有効にすると、オペレータ1〜4で任意の周
波数を出力できるようになる。
＝任意の（最大）4和音を出力できる。
　ただし複雑な音色は作れない（正弦波出力のみ）。

より複雑な音を出す
・デチューン設定とマルチプル

デチューン（DT、DT1）は、オペレータの出力波形を少しずらすパラ
メータで、-3～+3で設定することができる。

例えば全てのデチューンを-3に設定した音色、+3に設定した音色をユ
ニゾンさせると、広がりのある音色を作成することができる。
（コーラスのエフェクトに類似した効果）

ただ、発音数との戦いなので、アルゴリズム4のオペレータ1・2と3・4
の間でずらして単音で広がりを持たせる手法が一般的だった（エレピ、
リード系等）。

デチューンの作用は、
・オペレータの出力にマルチプルの値をかけた後にずらす。

「のではなく」

・オペレータの出力をデチューンでずらした後、マルチプルの値をか
けて出力する。

なので、例えば、アルゴリズム4でキャリア：もジューレーターを1：2に
設定するところを、4：8に設定して、発音する音階を下げることで、前
者よりもより深いデチューンの効果を得ることができる。

・DT2（デチューン2）を用いた非整数次倍音の発生
・ハードウェアLFOのランダム波形

どちらもYM2151独自のパラメータで、シンバル、ティンパニ、ハンドク
ラップ、フィンガースナップ等の音色作成に有効。
私は当時YM2151を殆ど使っていなかったので詳細はWebに譲ります。

・特定の音色、音階、音量に設定すると音色が劇的に変化する

YM2151でGORRYさんが発見した方法。
ベルの音（しゃらん…という）が出せる。
私は当時以下略。

音源構成の変遷と
それにともなう楽曲の変化
PCM音源のチャンネル数が増えてくる（例：システム2）と、FM音源側
で複数のチャンネルで1つのパートを演奏する等、一般的な音楽に寄
せた曲が多くなってくる。
エフェクターは非搭載のため、独自のテクニックも併用されている。

現在はストリーミングによる演奏が主流。

サークルやってます
OB-Ke
hLp://neo.saitama.jp/obke/

OPN楽曲のアレンジ（まだ始めたばかり）

ご静聴ありがとうございました

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