- 1983年に発売された Yamaha DX7 は、デジタルシンセサイザーが1980年代のポピュラー音楽における標準サウンドになり得ることを示し、
Electric Piano 1 プリセットは1986年のアルバム作品の60%以上で使われたとも言われている
- 差別化の要因はアナログフィルターではなく、周波数変調ベースのオペレーター合成であり、16音ポリフォニーと6つのオペレーターの組み合わせで、当時としては異質な電子音を作り出せた
- 理論上は音色の幅が広かったが、2行ディスプレイ、多機能ボタン、予測しにくい設定変化のため、多くのユーザーは32個の内蔵プリセットにとどまった
- イギリスでの発売価格は1983年に£1300、2024年換算で約£5000だったが、ポリフォニック・アナログ・シンセサイザーよりは安価で、オリジナルの DX7 は15万台売れた
- マイクロプロセッサとメモリの価格が下がるにつれてサンプリングベースの合成が広まり、今日では実機の DX7 をサンプリングしたり、ソフトウェア・エミュレーターを使ったりするほうが簡単になっている
1980年代ポップを刻み込んだ DX7 サウンド
- Yamaha DX7 のサウンドは、1980年代のポピュラー音楽を規定したと言えるほど広く浸透した
- 原理上はほぼ無限の音色を作れたものの、多くのミュージシャンは32個の内蔵プリセット以外をほとんど使わなかった
- その結果、DX7 のサウンドは数秒聴いただけで分かるほど際立ったものになった
- TV番組 Twin Peaks のテーマは、DX7 サウンドを思い起こしやすい代表例である
- 1980年代半ばの成功したアルバムで DX7 を聴かない例を探すほうが難しく、
Electric Piano 1 プリセットだけでも1986年のアルバム作品の60%以上で使われたとも言われている
- オリジナルの Mark I DX7 は、バンの後ろに放り込めるほど大きく頑丈な機材で、メンブレンキーパッドは使いにくかったが、ビールをこぼしてもよく耐えた
アナログシンセサイザーとは異なる出発点
- DX7 以前の電子キーボードの多くは アナログ方式 で音を出していた
- 電子オシレーターが鍵盤に対応する音程のトーンを作り、フィルターと振幅制御回路が音の性質を変える
- 実際の楽器のリード、弦、管、共鳴胴、振幅エンベロープを電子的に模倣しようとする方式だった
- 1970年代から1980年代初頭のアナログシンセサイザーの大半は モノフォニック で、一度に1音しか出せなかった
- 新しい鍵を押すと前の音は途切れた
- コード演奏が難しいため、ポピュラー音楽では主にメロディを担うリード楽器として使われた
- Minimoog のような高級アナログシンセサイザーは、エクスプレッションホイールで音程をベンドしたりフィルター特性を変えたりでき、1970年代プログレッシブ・ロックを代表するサウンドとなった
- 複数の音を同時に出せる ポリフォニック・アナログ・シンセサイザー は、同じ電子回路を何度も、時には各鍵盤ごとに複製する必要があり、非常に高価だった
オペレーター合成とアルゴリズム
- DX7 は1970年代のアナログシンセサイザーとはまったく異なる方式で動作した
- すべての音生成はデジタルで行われ、既存のアナログ音源方式をデジタルで模倣するアプローチでもなかった
- 概念的な基盤は 周波数変調 だった
- 1つのサイン波トーンジェネレーターが別のトーンのピッチを変え、そのトーンがさらに別のトーンを変えるという仕組みである
- 低周波ではこうした変調は一般的なビブラートになるが、DX7 では互いに変調し合うトーンがすべて可聴域にあるため、従来とは異なる効果を生んだ
- DX7 の周波数変調の構成要素は オペレーター と呼ばれた
- 16音ポリフォニーの各音に6個のオペレーターがあり、合計96個が搭載されていた
- オペレーターの出力が別のオペレーターの入力に入るさまざまな配置を アルゴリズム と呼ぶ
- アルゴリズム31と32では、すべてのオペレーターが出力に直接寄与する
- 6つのオペレーターのピッチを基音の異なる倍音比に設定すると、ドローバーオルガンに似た音を作れる
- 各オペレーターに異なる振幅エンベロープを与えられるため、より柔軟だった
- アルゴリズム16〜18では、最終出力は1つのオペレーターから取り出され、残る5つのオペレーターが相互作用しながらそのピッチを変調する
- この構造により、DX7 は滑らかなオルガン風の音から、当時は聴いたことのない 荒々しく響く電子音 まで作り出せた
デジタル実装と販売実績
- DX7 の音生成は、実際には完全に 数学的計算 によるものだった
- 専用マイクロコントローラーがデジタルで計算し、その結果をデジタル-アナログ変換器（DAC）に送っていた
- 全体のサンプリングレートは約60kHzで、人間の聴覚限界を超える周波数まで扱えた
- 高周波成分の比率が、DX7 特有の
brilliant なサウンドを生んだ要因かもしれない
- Yamaha のオペレーター技術はその後 DX7 の外にも広がり、特に PCサウンドカード で使われた
- オペレーターがサイン波ではなく矩形波から始まる場合、興味深い音を作るのに必要なオペレーター数が少なくて済むことが分かった
- Yamaha は2オペレーターの OPL2 と4オペレーターの OPL3 サウンドチップを販売した
- OPL3 は非常に人気のあった SoundBlaster 16 サウンドカードの一部だった
- 1984年、Yamaha はオペレーター合成モジュールを含む完全な音楽制作ワークステーション CX5M を発売した
- オリジナルの DX7 は 15万台 売れた
- キーボード楽器としては非常に大きな数字で、人気モデルと見なされる Minimoog の10倍規模だった
- イギリスでは1983年に£1300で販売され、これは2024年換算で約£5000に相当する
- 高価ではあったが、ポリフォニック・アナログ・シンセサイザーよりはるかに安かった
使い勝手の限界と急速な衰退
- DX7 は大きな成功を収めたが、いくつか奇妙な限界も残した
brilliant な音と評価された一方で、キーボード右端の高音域ではその明るさが弱まり、最上オクターブがやや鈍く聴こえることがあった
- 原因候補として DAC 設計が挙げられるが、Yamaha が全体設計に払った注意を考えると、処理チェーンの別の限界を補うために DAC をそのように調整した可能性もある
- DX7 は 12ビット DAC しか使っていなかった
- 1983年にはオーディオCDフォーマットで使われる16ビット DAC がすでに存在していたため、限界は DAC の選択そのものより内部計算にあった可能性が高い
- ただし、正確な原因ははっきりしていない
- より大きな問題は プログラミングの難しさ だった
- ユーザーインターフェースは2行ディスプレイしかなく、すべてのボタンが少なくとも4つの機能を持っていた
- 特定の音を得るためにオペレーターをどう設定すべきかを把握するのはほぼ不可能だった
- ごく小さな設定変更でも出力に急激な影響を与えることがあった
- アナログシンセサイザーは実際の楽器の音をうまく再現できなくても、操作を変えればどんな効果が出るかはある程度予測できた
- 多くのユーザーは、ほとんどランダムに設定をいじって良さそうな構成を保存するという形で DX7 を扱っていた
- 音色設定に名前を付けることはできたが、使いにくいメンブレンキーパッドで名前を入力するのは大変だった
- メモリーカートリッジに設定を保存し、他人の DX7 や録音スタジオの DX7 でも自分の設定を使えた
- DX7 のカートリッジを他のキーボーディストと交換することもあった
- その後 Yamaha は DX7 ラインアップを拡張し続けた
- Mark IID は スプリットキーボード を備え、キーボードの異なる領域に別々の音を割り当てられた
- Mark IID は16ビット DAC を使用した
- 内部計算精度も向上していたのか、あるいは Yamaha が以前のモデルの DAC が不十分だったと判断したのかははっきりしない
- 後継モデルは Mark I のメンブレンキーパッドの代わりに実際の機械式コントロールを備え、フロッピーディスクドライブを搭載したモデルもあった
- しかし後継モデルは Mark I の成功には及ばず、DX7 系列は急速に衰退した
- マイクロプロセッサとメモリの価格低下が、DX7 に似た楽器を市場から押し出した
- Yamaha の FM 合成は難解だったが、1980年代初頭のデジタル技術では比較的実装しやすかった
- 技術がさらに進歩すると、実際の楽器をサンプリングする方法で音を合成できるようになった
- サンプリングは退屈な brute-force 方式だが、十分な計算能力とメモリがあれば比較的単純である
- 今日のデジタル音楽制作の大半は サンプリング ベースである
- 現代のステージキーボードで DX7 サウンドが欲しいなら、DX7 の計算を再現するより実機の DX7 をサンプリングするほうが簡単である
- スタジオ作業では、人気のあるオーディオワークステーション向けの DX7 ソフトウェア・エミュレーターを使える
- エミュレーターは、サンプルだけではできない新しい DX7 スタイルのサウンド生成も可能にする
1件のコメント
Hacker News のコメント
振り返ってみると、DX7系が音楽の発展における奇妙な回り道だったとか、「オペレーター合成は論理的に筋が通らない」といった評価はおかしい。まるで FM合成 が消えてしまったかのように書いている
DX7自体は最終的に退役し、M1のようなシンセサイザーが人気を得たが、Yamahaはその後もフラッグシップのFMシンセサイザーをいくつも出しており、FM合成はいまもプラグイン、DX7エミュレーション、Korg OpsixやElektron Digitoneのような専用ハードウェア、Montage/MODXのFM-XやHydrasynth/NordのFMエンジンなど、さまざまな形で広く使われている。ReFace DX、Volca FMのようなブティック系の選択肢もあり、ヴィンテージのDX7も中古市場ではかなり高めだ
人々がDX7を諦めた本当の理由は制約の多いインターフェースだったのに、いつの間にかFMが濡れ衣を着せられたように感じる。機能ごとにノブが1つずつある減算合成シンセは直感的だが、3つのボタンと省略されたテキスト1行で操作しなければならないなら、それだってまったく楽しくない
かつてのメニュー探索と増減ボタン連打を、はるかに手応えがありインタラクティブな体験に変えてくれる。バンドではライブでOpsixを使い、DX7専用コントローラーの兄貴分にあたる古いYamaha KX76をコントローラーとして使っているが、両方の世界の長所を得ているようなものだ。当時のキーボードの打鍵感は素晴らしい
ピアノの鍵盤をより速く叩いたり、弦をより強く弾いたり、サックスにより強く息を吹き込んだりすると、音は単に大きくなるだけでなく、倍音構造と音色も一緒に変わる。アナログ合成ではこうした反応を作るのが難しかったが、DX7はFM合成の核心的なアイデアの中にこの応答性を備えていた
DX7は演奏して初めて分かる楽器だった。モジュレーションホイールやジョイスティック、ノブに頼らず、鍵盤をどう弾くかだけで音色を変えられ、この 演奏性 がFMに説得力を持たせていた。Rolandのリニア・アリスメティック合成、ベクター合成、M1のマルチサンプリングも結局はこの領域を後から探求したものだが、それはDX7以後のことだった
FM合成の独自性は、強弱に対する音色の反応が非常に非線形である点にある。下手に使うと予測不能だが、パラメーター空間の良いポイントを見つければ、鐘でありながら弦楽オーケストラのようで、ギターでありながらサックスの魂を持つような、独自の音を得られる
DX7は、オペレーターのベロシティ感度を鍵盤位置に応じて変えるパラメーターを備えており、低音と高音の性格を異なるものにできた。筆者が述べた「明るさが減る」現象も、FMサウンドデザインを正しく把握していない結果である可能性が高い。こうしたカーブをプログラムしないと、高音は簡単に鋭く聞こえてしまう
DX7のFM合成は、付属していた物理キーボードと切り離して考えるのが難しい。良いFMプリセットを作るには、ベロシティカーブを含むキーボードの反応に合わせて調整する必要があり、そういう意味ではデジタルシンセでありながら非常にアナログ的な楽器だった
DX7にノブやスライダーがほとんどなかったのも、60個の鍵盤が実質的にノブやスライダーの役割を果たしていたからだ。だからDX7のePianoが新譜の60%に入っていたのは、Rhodesを単に真似たからではなく、演奏者が演奏中に楽器の音色を指で扱えるようにしたからだった
今日でもLiven XFM、Korg Opsix、Arturia Minifreak、Reface DXのように新しいFM楽器が出続けるのは、サンプリングだけで実在の楽器を真似るのが簡単だとしても、それだけでは十分ではないからだ。差別化された新しい音を作るには、もっと多くのものが必要になる
DX7の成功は、キーボードという物理パッケージ、アルゴリズム、そしてその組み合わせに合わせて調整されたプリセットが噛み合った結果だと思う。新しいFM楽器も、この要素をうまく合わせ、内蔵スピーカーとプリセットを惜しまなければ十分ヒットし得る。FMの特別さは音のデモだけでは伝わらず、実際に弾いてみたときの感触に表れる
FMはそうした基本構成要素の1つなので、消えたのではなく、ほぼあらゆる場所に広がった。2000年代初頭のほとんどの携帯電話の着信音チップにも入っていた。最近AliExpressで買った3ドルのRFドアベルのチャイムも、選べる音がすべて特有のFMっぽさを出していて、いまでも複雑な音色を作るときにはサンプル波形よりFM合成のほうが安上がりな場合があるという点が興味深かった
FM合成がStanfordの難解な学術研究から、世界のポップカルチャーに影響を与える成功製品へと飛躍した過程も興味深いが、記事はその部分をほとんど扱っていなかった。 https://usa.yamaha.com/products/contents/music_production/sy...
高いオクターブで音が「鈍くなる」という話は、DAC の限界というより、上の音域で位相変調アルゴリズムのエイリアシングがひどくなるためです。
変調によって出力に高次倍音が生じ、この倍音がナイキスト周波数、つまりサンプリング周波数の半分を超えると、再び可聴帯域へ折り返され、非常にデジタルっぽく不快なノイズを生みます。
DX の設計者たちはこれを避けるため、オペレーターにキーボードスケーリングを入れました。鍵盤を高く弾くほど適用される変調量を減らし、エイリアスが聞こえない程度まで下げる方式です。ただし強くかけすぎると音色の倍音の複雑さが目に見えて減り、そのため鈍い音に感じられます。
DX7 の主要特許の一つは、フィードバック経路に平均化フィルターを追加する内容を扱っています。現在のサンプルと直前のサンプルを平均すると高周波エイリアシングを減らす助けになり、メイン出力には 16kHz のローパスフィルターもあります。
フィードバック FM の動作を詳しく扱った資料もあります: https://ristoid.net/modular/fm_variants.html
現代のハードウェアならアルゴリズムをより高い処理速度で動かして高音のエイリアシングを減らし、キーボードスケーリングの必要性を避けて高音の音色を保てるのではないかと思います。
DX7 の技術的詳細が気になるなら、DX7 と Yamaha の他の FM シンセサイザーをリバースエンジニアリングした作業をまとめてあります: https://ajxs.me/blog/tag/DX7.html
Ken Shirriff も DX7 サウンドチップの分析を見事にやり遂げています: https://www.righto.com/2021/11/reverse-engineering-yamaha-dx...
MadFame の DX7 ドキュメンタリーも非常に良いです: https://www.youtube.com/watch?v=sXt_NXjc7oY
Dexed のようなかなり実機に近い DX7 ソフトウェアエミュレーションは多く、精度の面で評価に値する実装もあります: https://github.com/chiaccona/VDX7
ルックアップテーブルも巧妙で、全体ではなく半分だけを保存し、元の値の代わりに log2() の値を保存することで、オペレーター計算で乗算の代わりに加算を使えるようにしていました。
映画音楽家であり、Michael Jackson を含む複数のアーティストのシンセプログラマーでもあった Anthony Marinelli が最近、FM 合成とその発明者 John Chowning に関するドキュメンタリーシリーズを制作しており、DX7 は同じ合成方式を使っていたがより先に登場した Synclavier とともに何度も取り上げられています。
Chowning と DX7: https://youtu.be/Mu8lHX-xuSg
FM と現代的応用: https://youtu.be/Pl7BY4C9Cg4, https://youtu.be/Uoiqy5mkUKE
Synclavier: https://youtu.be/G5T7NBLSY0c
自分で聴いてみたいなら Dexed をインストールすればよいです: https://asb2m10.github.io/dexed/
その後 https://hsjp.eu/downloads/Dexed/Dexed_cart_1.0.zip をダウンロードして展開し、Dexed で「Original Yamaha/DX7 ROM/ROM1A」カートリッジを読み込んでから「E PIANO 1」で Whitney Houston を弾いてみればよいです。「BASS 1」を読み込んで Danger Zone のイントロを弾くと、ノートベロシティがアタックにどう影響するかも聞けます。
Yamahaのエンジニアたちは、ごく少ないリソースで多くのことを成し遂げていた。もともとAdLib PCカードに使われたOPL2で言えば、すべての音はサイン波1周期の1/4を表す10ビット整数のルックアップテーブルから生まれていたと記憶している。
ビットシフトと加算・減算を経て13ビット浮動小数点に似たデータストリームが出力され、DACがそれを数多くのゲームのサウンドトラックや効果音へと変換していた。FMフィードバック構造に加えて、エンベロープ段階が唐突で粗いこともサウンドの個性を作っていた。平均化や精密な補間なしに、高速な整数演算の無骨さがそのまま表れている。
YamahaがDX100のOPP/YM2164以降に作った4オペレーターFMシンセは、ログ・サインテーブルの長さのために独特のローファイな音がする。4オペレーターのチップは1/4ログ・サイン波に256サンプルを使い、DX7は1024サンプルを使っていた。サインテーブルが長いほど、音色ははるかに滑らかになる。
関連資料: https://www.righto.com/2021/11/reverse-engineering-yamaha-dx...
「これらの楽器はおおむね学術的な関心の対象で、ステージで使ったバンドは思い浮かばない」というのは大きく間違っている。Prophet 5、Oberheim 4/8 voice、Roland Jupiter 8、MemoryMoog、特にYamaha CS80はいずれもDX7以前に登場し、ステージやスタジオで広く使われていた。
ただし非常に高価で、一般の人が買うにはあまりにも手が届かなかった。完全ポリフォニックのストリングス・シンセサイザーもあったが、各音の下に非常に単純なシンセサイザーを置くという、ヴィンテージオルガンの技術に近いものだった。
DX7が登場した時点で、RolandとKorgはすでにデジタル制御オシレーターとその他のアナログ回路を組み合わせた半アナログ楽器を出していた。DX7が際立っていたのは、キーボードがベロシティに反応し、しかも16音ポリフォニーを提供していた点だ。サステインペダルを踏みながら華やかなジャズコードでePianoを弾いても、指のタッチに反応し、音があまり露骨に途切れなかった。
純粋なアナログ・ポリシンセの上限は8音で、安価なモデルは4〜6音程度だった。つまり、サステインを伴う複雑なジャズコードは難しいということだ。DX7の音はより薄く、アコースティックに聞こえ、ミックスの中でよく抜けた。大型のアナログ・ポリシンセはより豊かだったが、ストリングス／ブラスのパッド、特殊効果、リードあたりに向いていて、汎用性は低かった。
Yamahaはその後、弦、リード、管、共鳴体をより精密にモデル化する物理モデリングで合成を一段引き上げようとし、興味深いが非常に高価な楽器をいくつか出した後に断念した。実際の音をまねるにはサンプリングのほうが適しており、物理モデリングの合成音もFMよりはるかに面白いとは言い難かった。
今では処理能力が十分にあり、昔は不可能だった合成手法が実用化できるため、また別の革命が起きてもよい頃だが、文化的には実験への関心は大きくないように見える。電子音はモジュラーまで含めてもいくつかの小さなニッチにとどまり、その外を探ろうとする圧力は弱い。
DX7の本当の新しさは、ベロシティと16音ポリフォニーだけでなく、一般的なアナログ減算合成では不可能な音を出せたことにある。実際には位相変調に近いFMのおかげで、パッチのアタックがリリースとはまったく別の波形のように動くことができ、オペレーター同士の相互作用によって音色が時間とともに大きく変化した。どんなアナログシンセにも作れなかったリアリティこそが新しさだった。
https://www.youtube.com/watch?v=1ApmgnKkqaI
Talking HeadsのStop Making SenseにはSequential Prophet 5が随所に登場し、Van HalenはOberheimを使ったことで有名だ。80年代前半のシンセ入りのレコードなら、ほとんどそうした楽器が使われていた。
自分でも持っているが、実在する楽器かもしれないし、そうではないかもしれない、表現力豊かなアコースティック楽器を演奏しているような音を簡単に出せる。これまで聴いたどんなFMともまったく違い、サンプルより表現力が大きい。プロのミュージシャンにも絶賛している人が多いので、実験が完全に死んだと見るのは難しい。
Osmoseだけではない。人気のピアノプラグインPianoteqは純粋な物理モデリングで、素晴らしい音がする。一部のワークステーション・キーボードも物理モデリングを使っている。
https://www.expressivee.com/2-osmose
https://www.soundonsound.com/reviews/modartt-pianoteq-8
2014〜2020年ごろ、インターネットのインディーアーティスト、いわゆるbedroom popの世界で人気のある質感だった。僕たちは騒がしく混沌としたポストパンクに近かったが、いくつかの曲にはbedroom popっぽさもあった: https://nadirbliss.bandcamp.com/album/sharp-distance-2
「実際の楽器をサンプリングできるようになると、数学で似た音を作る方式はすぐに時代遅れになった」という話はある程度正しいが、自分がDX7を家に置いて出歩くようになった次の機材は Ensoniq EPS-16+ だった
https://www.vintagesynth.com/ensoniq/eps-16
記事ではPCサウンドカードに触れているが、この系統のシンセサイザー・チップは1985〜1995年ごろ、ビデオゲーム全般でもかなり一般的だった
Master System、Genesis、Neo Geo、Capcom CPS1/CPS2、Sega System 16、Midway Y-Unit/T-Unit、Namco System 1/2で使われ、Data East、Konami、Taitoの多数の個別基板まで含めると数えきれないほどだ
ゲームWilderplaceの効果音と音楽を作る際、WebDX7でほぼすべての音を作った。DX7には純粋なノイズやフィルターがないので、雨音用に作ったホワイトノイズの一部だけは例外で、すべてのシーケンシングと合成はゲーム内でリアルタイムに行われる
DX7は粘土を扱うように作業できて、めちゃくちゃ楽しかった。DX7のパッチは重なり合うと澄んでいながら温かい感じがあり、サンプルベースの楽器のように濁って積み重ならない。その代わりデジタルっぽい残渣が蓄積する難しさはあるが、それも荒々しく有機的な美しさの一部だと思う
それでも、ステレオ、GPUベース、高いダイナミックレンジ、完全に構成可能なオペレーターグラフを備えたFMシンセサイザーを一度体験してみたい