Synthesis 入門 | 減算合成について

減算合成
電圧制御発振器（VCO）
電圧制御フィルター（VCF）
- Moog 24dB/オクターブ4極ラダーフィルター
- 状態変数フィルター
エンベロープ・ジェネレーター（EG）
- アタック、ディケイ、サステイン、リリース（ADSR）
- ディレイ＆ホールド
電圧制御増幅器（VCA）
低周波発振器（LFO）
ノイズ・ジェネレーター
ミキサー
プリアンプ
信号の流れ
ポリフォニー
セミモジュラー vs デスクトップ・シンセサイザー
- セミモジュラー・シンセサイザー
- デスクトップ・シンセサイザー
アナログ・シンセサイザーを使用する利点は何ですか？
次のステップ

減算合成

減算合成（Subtractive synthesis）は、豊かで複雑な波形を起点とし、特定の周波数を除去（減算 - Subtracting）することで目的の音形を形成する音響合成技術です。これは通常、特定の周波数帯域をカットすることで音の倍音成分を変化させるフィルターを用いて実現されます。減算合成で用いられる主なフィルターには、ローパス、ハイパス、バンドパス、ノッチフィルターがあります。典型的な減算合成の構成では、発振器がノコギリ波や矩形波などの波形を生成します。この波形はフィルターを通過し、エンベロープ・ジェネレーターやLFO（低周波発振器）によって変調されることで、時間経過に伴う音の動的な変化が生み出されます。カットオフ周波数やレゾナンスなどのパラメータを調整することで、サウンドデザイナーは多様な音色や質感を実現できます。この合成法は汎用性と進化するサウンドを容易に創出できる点から、電子音楽制作で好まれます。ハードウェア・ソフトウェアを問わずシンセサイザーで広く採用され、ベースラインからリード音、パッド音まであらゆる音色を生成します。

電圧制御発振器（VCO）

電圧制御発振器（VCO）はアナログ・シンセサイザーの主要な構成要素であり、電子音楽の基盤となるオーディオ信号を生成します。VCOは電圧入力によって制御され、発振器の周波数を精密に調整・変調することが可能です。この電圧制御により、ダイナミックで表現豊かな音の操作が実現されます。VCOは正弦波、三角波、ノコギリ波、矩形波など様々な波形を生成します。各波形は固有の音色と特性を持ち、幅広い音響的可能性を提供します。VCOはLFO（低周波発振器）やエンベロープなどの他の電圧源によって変調され、変化に富んだ複雑な音色を生成できます。周波数変調は音声信号に動きと深みを加えます。VCOはキーボード全体で正確に追従するよう、精密なチューニングとキャリブレーションが必要です。適切なチューニングにより、各キー押下時に発振器が正しい音高を発生します。VCOは他の発振器と同期させたり、周波数変調（FM）を用いて変調したりすることで、豊かで変化に富んだテクスチャーを生成できます。これらの技術はサウンドデザインや電子音楽制作で広く活用されています。

正弦波

正弦波（Sine Wave）は最も純粋な波形であり、滑らかで連続的な振動が特徴です。倍音を含まないクリーンな音色を生み出すため、低音やシンプルな旋律など、柔らかくまろやかな音の生成に最適です。正弦波はシンセサイザーで純粋な音色を生成するために頻繁に使用され、オーディオテストや鐘のような音の生成といった用途でよく見られます。倍音を含まない特性から、後から追加の倍音を加える減算合成に最適です。

矩形波

矩形波（Square Wave）は、基音の奇数倍となる顕著な倍音成分により、独特で豊かな音色を特徴とします。この波形は攻撃的でパンチの効いたトーンと関連付けられることが多く、リード音、ベースライン、打楽器音の生成に最適です。古典的なビデオゲームのサウンドトラックを彷彿とさせるノスタルジックな感覚を呼び起こし、ダイナミックな音作りを目的としたパルス幅変調技術で頻繁に使用されます。

三角波

三角波（Triangle Wave）は正弦波と矩形波の中間に位置し、矩形波よりも柔らかい音色を持ちながら、正弦波よりも多くの倍音成分を含みます。その音質は温かみがあり丸みを帯びていると表現されることが多く、パッド音色、ソフトなリード音、穏やかなベース音に適しています。三角波は減算合成で一般的に使用され、弦楽器やフルートなど、滑らかなアタックとディケイを必要とする音の生成に効果的です。

ノコギリ波

ノコギリ波（Sawtooth Wave）は鋭く攻撃的な音色が特徴で、偶数次と奇数次の倍音を両方含んでいます。この豊かな倍音成分により、シンセシスにおいて最も汎用性の高い波形の一つとなっています。ノコギリ波は、明るいリード音、豊かなパッド音、力強いベース音の生成に広く用いられます。

なぜオクターブではなくフィートなのか？

シンセサイザーの世界を探求する中で、特にオルガンスタイルの楽器において、シンセのオシレーターに関連する「フィート」という用語に出くわしたことがあるかもしれません。この用語は、より一般的に知られている「オクターブ」と比較すると、やや混乱を招く可能性があります。シンセサイザーにおいてフィートを使用することで、音程の関係をより繊細に理解することが可能になります。各フィートの測定値は特定の周波数に対応しており、8フィートが標準的な音程です。長さを倍にすると（つまりフィート値を半分にすると）、1オクターブ下がります。このシステムは、異なる発振器が音楽的にどのように相互作用するかを概念化する簡潔な方法を提供します。シンセサイザーをプログラミングする際、フィート値を理解することは、望ましい和声関係を構築するのに役立ちます。例えば、発振器を4フィートに設定すると、16フィートに設定した発振器よりも2オクターブ高い音が生成されます。

電圧制御フィルター（VCF）

VCF（電圧制御フィルター）は、特定の周波数を選択的に通過させ、他の周波数を減衰させる電子回路です。これは電圧制御入力を用いてカットオフ周波数、レゾナンス、その他のパラメーターを調整することで実現されます。 VCFにはローパス、ハイパス、バンドパス、ノッチフィルターなど様々な種類があり、それぞれがサウンドデザインにおいて独自の特性と用途を持っています。シンセサイザーのレゾナンス制御は、カットオフ点付近の周波数を強調します。これにより周波数応答曲線にピークが生じ、特定の周波数が強調され、音に明瞭で共鳴的な質感が加わります。高いレゾナンス設定では、入力信号なしにフィルター自体が音を発生する自己発振現象を示すフィルターもあります。これは音楽にユニークで興味深い音色を生み出す可能性があります。VCFは電圧制御式であり、エンベロープジェネレーター、LFO、シーケンサーなどの制御電圧信号を用いてフィルターパラメーターをリアルタイムで変調できます。VCFはオーディオ信号の音色を彫刻し、ダイナミックで変化に富んだサウンドを生成するために広く使用されます。フィルターパラメーターを変調することで、ユーザーは幅広い音色のバリエーションと質感を実現できます。

Moog 24dB/オクターブ4極ラダーフィルター

ラダーフィルター（Ladder Filter）は、特定の周波数を通過させつつ他の周波数を減衰させることで音色を形作る電子フィルターの一種であり、シンセサイザーで広く用いられる。名称の「ラダー」は、段のある梯子に似た回路設計に由来する。この設計は通常、複数の段階からなるコンデンサと抵抗器で構成され、異なる周波数に対して滑らかで音楽的な応答を生み出す。ラダーフィルターは特に温かみと豊かな音色特性で知られ、ミュージシャンやサウンドデザイナーに好まれています。

フィルターのカットオフ周波数は信号が減衰し始める地点であり、通常はオクターブあたりのdBで測定されます。例えば、24 dB/オクターブのラダーフィルターは、カットオフ周波数より上のオクターブごとに信号レベルを24 dB減少させます。極（ポール）とは、フィルターの周波数特性において利得が低下する点を指します。具体的には、各極はカットオフ周波数より上の各オクターブごとに利得が-6dB減少することを表します。Moogのラダーフィルターは通常4極を備えており、これは-24dB/オクターブの減衰特性を提供することを意味します。この急峻なカットオフにより、より顕著なフィルタリング効果が得られ、劇的な音の変化を生み出すのに理想的です。

状態変数フィルター

状態変数フィルター（State Variable Filter - SVF）は、単一の回路構成からローパス、ハイパス、バンドパス、ノッチフィルター応答を生成できる能動電子フィルタの一種である。状態変数フィルターは、フィードバックと複数段のフィルタリングを用いて所望の応答を実現する。このフィルターの設計により、安定性を維持しながら異なるフィルタータイプ間の滑らかな遷移が可能となる。

エンベロープ・ジェネレーター（EG）

このツールは、時間経過に伴う音声信号の振幅を形作るために使用され、音に対するダイナミックで表現豊かな制御を可能にします。エンベロープ・ジェネレーター（Envelope Generator - EG）は、音が時間とともにどのように変化するかを決定する一連の制御信号を生成します。

アタック、ディケイ、サステイン、リリース（ADSR）

エンベロープ・ジェネレーター（Envelope Generator - EG）は通常、4つの主要な特性（アタック、ディケイ、サステイン、リリース：ADSR）で構成されます。アタック特性は音がピーク音量に達するまでの速さを制御し、ディケイ特性はアタック後の音の減衰速度を設定します。サステイン特性はディケイ終了後に音が維持されるレベルを決定し、リリース特性はサステイン後の音のフェードアウト速度を制御します。エンベロープジェネレーターは、シンセサイザーにおいて個々の音符やサウンドの形状を調整するために広く使用されます。鋭い弾き音や打楽器的な音から、長く持続する変化するパッドやドローンまで、様々な効果を生み出すことが可能です。エンベロープ・ジェネレーターは、音量だけでなく、フィルターカットオフ周波数、ピッチ、変調深度など、様々なパラメーターに適用できます。この汎用性により、サウンドデザインにおいて幅広い創造的な可能性が実現されます。

ディレイ＆ホールド

ディレイ機能は、エンベロープがアタックフェーズに入る前に一時停止を導入します。これは、徐々に音量が増すパッドやソフトなリードなど、漸進的な発音が必要なサウンドの作成に特に有用です。ディレイ時間を調整することで、音量が上昇し始めるまでの待機時間を決定できます。

アタックとディケイのフェーズが完了すると、ホールド機能によりエンベロープを特定のレベルで持続させ、リリースフェーズに移行させることができます。これは、希望する時間だけ音量を一定に保つのに有効で、より複雑なテクスチャーを作成する柔軟性を提供します。例えば、パーカッシブなサウンドでは、フェードアウトする前にピークレベルを一時的に保持することで、音に深みを加えることができます。

低周波発振器（LFO）

LFO - Low-Frequency Oscillator（低周波オシレーター）は、可聴範囲以下の周波数（通常0.1Hz～20Hz）で動作するオシレーターの一種です。ピッチ、音量、フィルターカットオフなどのパラメーターを変調するために使用できる繰り返し波形を生成します。LFOは、音の様々な側面を変調することで、音に動きやダイナミクスを加えるために頻繁に使用されます。例えば、シンセサイザーのフィルターカットオフにLFOを適用すると、フィルタースイープと呼ばれる揺らぎ効果を生み出せます。LFOは正弦波、三角波、矩形波、ノコギリ波など様々な波形を生成可能です。各波形は独特の音色を持ち、異なる変調効果を実現できます。様々な波形と変調技法を試すことで、音楽における減算合成の真の潜在能力を引き出せるでしょう。

電圧制御増幅器（VCA）

VCA - Voltage Controlled Amplifier（電圧制御増幅器）は、受け取った制御電圧に基づいて入力音信号を増幅または減衰させる役割を担います。制御電圧が高い場合、VCAは信号を増幅し音量を大きくします。逆に制御電圧が低い場合、VCAは信号を減衰させ音量を小さくします。VCA合成の一般的な応用例として、エンベロープジェネレーター（EG）を用いて時間経過に伴う音量の変化を形作る方法があります。エンベロープのアタック、ディケイ、サステイン、リリース各パラメーターを制御することで、音量レベルが変化するダイナミックで表現豊かなサウンドを生成できます。VCA合成では、音信号の振幅が外部電圧源によって制御されます。この電圧源はエンベロープ・ジェネレーター、LFO（低周波発振器）、あるいはMIDIコントローラーなど様々なものから供給されます。電圧を変調させることで、音信号の音量を動的に調整することが可能です。

ノイズ・ジェネレーター

ホワイトノイズは、全周波数が等しい強度で含まれるノイズの一種であり、雑音や風の音のように聞こえます。減算合成で使用する場合、ホワイトノイズは音に質感や明るさを加えるために用いられます。ハイハットやスネアドラムなどの打楽器要素を作成するためによく使用されます。

一方、ピンクノイズは各オクターブで等しいエネルギーを持つノイズの一種であり、ホワイトノイズよりもバランスが取れて自然で聞こえます。減算合成で使用する場合、ピンクノイズは音に温かみと深みを加えるために使用できます。ベースラインやパッドサウンドの作成によく用いられます。

ミキサー

複数の音源を導入するには、個々のレベルコントロールを柔軟に制御する必要があります。ミキサーには各入力音源ごとに個別のレベルコントロールが備わっており、各信号の音量を調整できます。入力音源のレベルを変更することで、ダイナミックで変化に富んだサウンドを創出可能です。一部のミキサーでは変調量のブレンド機能を備えている場合があります。これらのレベルを交互に制御することで、パッチの音色を劇的に変化させることが可能です。

プリアンプ

信号チェーンの最終段階はプリアンプである。これはオーディオチェーンの次の段階に向けて信号を準備し、他の機器へ送られる前に十分な音量と明瞭さを確保する。VCAとプリアンプはどちらもオーディオ信号を操作するために使用されるが、その主な機能は異なる：VCAは音量レベルの制御と自動化に使用されるのに対し、プリアンプはオーディオソースの信号強度を増幅するために使用される。

信号の流れ

シンセサイザーのサウンドデザインにおいて重要な側面は、そのシンセ特有の信号を理解することである。信号フローとは、合成システム内で信号が生成、処理、伝送される経路を指す。このフローは通常、音波の生成、変調、フィルタリングなど様々な段階を経て、最終的に合成されたオーディオ出力を生み出す。サウンドデザイナーやミュージシャンが意図した音響効果を効果的に操作し作り上げるには、この合成信号フローを理解することが不可欠である。各シンセサイザーは製造方法によってあらかじめ決められた信号フローを有しています。一部のシンセでは、この既定のフローを「分岐（Break）」または「変更（Alter）」するオプションが用意されています。これらはセミモジュラーまたはモジュラー・シンセサイザーとして知られています。

ポリフォニー

ポリフォニーとは、和声的には相互依存しながらもリズム的には独立した、二つ以上の異なる旋律線の組み合わせを指します。シンセサイザーには同時に生成できる音数の制限がある場合があります。利用可能な音色の可能性を判断するには、シンセの限界を理解することが不可欠です。

モノフォニック

モノフォニック合成とは、シンセサイザーが一度に1音しか生成できない能力を指します。つまり、複数の鍵盤を同時に押しても、最初の音のみが鳴ります。モノフォニック・シンセサイザーは、リード音、ベースライン、ソロに好んで使用されます。

デュオフォニック

デュオフォニック合成では、2音を同時に演奏できます。デュオフォニック・モードでは、1つのオシレーターで1音、別のオシレーターで別の音を演奏できます。

ポリフォニック

ポリフォニック合成は4種類の中で最も汎用性が高く、複数の音を同時に再生できます。シンセサイザーによって異なりますが、通常4音から数十音の範囲です。この追加された音数により、豊かなパッド音や複雑なハーモニーに最適です。

パラフォニック

パラフォニック合成はハイブリッド方式で、複数の音符を演奏可能ですがフィルターは共有されます。つまり和音を演奏できるものの、全て同じフィルターで処理されるため統一された音色となります。パラフォニック・シンセサイザーは興味深いテクスチャーを生み出し、ユニークなサウンドデザインに多用されます。

セミモジュラー vs デスクトップ・シンセサイザー

セミモジュラー・シンセサイザー

セミモジュラー・シンセは、あらかじめ配線された信号経路を備えたスタンドアロン・シンセサイザーであり、初心者でも扱いやすい設計となっています。オシレーター、フィルター、エンベロープ用の内蔵モジュールを備えていることが多い一方で、追加モジュールをパッチ接続してカスタマイズ性を高める柔軟性も提供します。使いやすさとサウンドデザインの柔軟性のバランスを求めるミュージシャンにとって、セミモジュラー・シンセは優れた選択肢です。

デスクトップ・シンセサイザー

デスクトップ・シンセは、携帯性と使いやすさを重視したコンパクトなシンセサイザーです。モジュラー・シンセと比べて操作系が簡素化され、コントロール数が少ないため、初心者にも親しみやすい設計となっています。様々な環境で手軽に持ち運び・使用できる汎用性の高いシンセを求める音楽家にとって最適な選択肢です。

アナログ・シンセサイザーを使用する利点は何ですか？

アナログ・シンセサイザーは、温かみのある豊かなサウンドで知られています。この温かみは、アナログ回路が生成する連続的な電圧信号から生まれ、多くのミュージシャンが魅力を感じる自然な倍音歪みを生み出します。アナログ回路に固有の不完全さが、サウンドに独特の個性をもたらし、より有機的で生き生きとした感覚をもたらします。

次のステップ

おそらくご存知の通り、シンセサイザーの世界は驚くほど複雑になり得ます。この記事では、シンセサイザーの世界の、まだほんの表面をなぞったに過ぎません。探求すべき道は数多く存在します。サウンドデザインに注ぐ労力が大きければ大きいほど、得られる成果もより良いものになることが多いのです。様々なサウンドやスキルレベルに対応できる優れたMoog製品が数多く存在します。ご質問がございましたら、Moogサポートチームまでにお問い合わせください。