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第7回 FM音源特有の挙動:エンベロープについて

FMシンセサイザー

この連載もいよいよ第7回。7といえばDX7以来、FM音源のマジック・ナンバーですね。解説の方も、ひとまず本連載最後のパートとなる、エンベロープについてです。サウンドに時間変化を与えるエンベロープは、シンセサイザーのアイデンティティとも言えるセクションであり、音作りでも最重要ポイントになります。FM音源では、その音源方式だけでなく、エンベロープの働きもまたユニークです。実際の製品に装備されているエンベロープのパラメーター構成はさまざまですが、ここでは最も典型的なタイプを元にしつつ、いろいろな機種に応用できるように、使いこなしを解説していきましょう。

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シンセサイザー研究室〜Synthesizer Laboratory
これならわかる!FM音源の基礎から音作りテクニックまで 〜

第1回 FMシンセシスの原理
第2回 FM音源の構成を解き明かす!
第3回 FM音源特有の挙動(1)発生する倍音の種類について
第4回 FM音源特有の挙動(2)発生する倍音の量について
第5回 3つのオペレーターを使ってみよう(1)〜直列接続とフィードバック
第6回 3つのオペレーターを使ってみよう(2)Y字接続と逆Y字接続

今回のポイント

  • FM音源のエンベロープの特徴
  • レートとレベルの関係
  • エンベロープ設定の手順
  • 多段/並列接続の場合のエンベロープ設定

時間ではなく「速度」で設定するエンベロープ

 典型的なFM音源のエンベロープは、L1~L4の4つの「レベル(Level)」とR1~R4の4つの「レート(Rate)」を持つ8パラメーター・タイプです。

 まず目をひくのがレート(Rate)という言葉でしょう。通常のエンベロープのように、「レベル」と「タイム」ではなく、レベルとレートで設定するようになっている点ですね。レートは、現在のレベルから次のレベルに到達するまでの速度のことで、グラフでは角度(傾き)で表されます。パラメーターの数値が最大のとき、角度は直角=速度無限大になります。

▲図1 典型的なFM音源のエンベロープ。L1〜L4までのレベル設定と、R1〜R4までのレート設定を持っている。Rは速度を表し、パラメーターの数値が最大のとき、図の角度が速度無限大(=直角)となる

※MEMO※ レートは、次のレベルによって上向きの角度または下向きの角度のいずれかになります。

 レート(速度)で設定するエンベロープでは、現在のレベルから次のレベルまでの差がどれくらいあるかによって、到達時間(タイム)は変化するのが特徴です。同じレートであっても、レベル差が大きいとその間の経過時間も長くなります。同じ速度で歩いても、目的地が遠いと時間が長くかかるのと同じですね。一方、変化の仕方はレベルにかかわらず一定になります。

▲図2 レートの設定(R1の角度で表される)が同じでも、次のレベルとの差によって到達時間(タイム)は変化する

すべてのブレイク・ポイントのレベルを自由に設定できる

 エンベロープの折れ線になるポイントを「ブレイク・ポイント」と呼びます。よくあるADSR(アタック/ディケイ/サステイン/リリース)タイプのエンベロープでは、ブレイク・ポイントのレベル設定のほとんどが省略されていて、サステイン・レベルのみ設定できるようになっていますが、FM音源のエンベロープは、全ブレイク・ポイントのレベルを自由に設定できます。

 L3は一般的なエンベロープのサステイン・レベルにあたります。鍵盤を押さえている間の持続レベルですね。そのL3(レベル3)に至るまでに、L1、L2とブレイク・ポイントが2つ設定できます。これらのレベルは自由に設定できます。

 L1>L2>L3のようにすれば、鋭いアタックとゆったりしたディケイを持つ減衰音になりますし(図3左)、L1<L2>L3のように設定すればフワっとしたアタックを持つ持続音(図3中央)になります。さらにL1>L2<L3に設定して、アタックの後クレッシェンドのように変化させるなど(図3右)、さまざまな設定が行なえます。

▲図3 ブレイク・ポイントの設定が柔軟に行なえるのもFM音源のエンベロープが持つ大きな特徴。たとえば、L3(一般的なエンベロープのサステイン・レベル)に到達するまでの動きを緻密に制御することができる

 さらに、通常のエンベロープでは0に固定されているL4も自由に設定できるのがユニークな点です。L4は離鍵時のレベル設定、つまり鍵盤から手を離した後に落ち着くレベルになります。ただし、キャリアのエンベロープに設定する場合、L4が0以外の場合は、音が出っぱなしの状態になりますから、通常は0に設定することになります。また、このL4は鍵盤を弾く前、L1へ向かう起点のレベルにもなります。L4を最小値として、その上にエンベロープが乗っかっているイメージですね。

▲図4 「L4」はエンベロープ全体の基礎レベルでもある。エンベロープはL4から始まり、L4で終わるというふうに考えてみよう

モジュレーターのエンベロープ設定は「レベル4」がキモ

 FM音源のエンベロープは、オペレーターのアウトプット・レベルに、エンベロープのレベルを掛け算する形で働きます。たとえば、オペレーターのアウトプット・レベルが100%(最大値)の場合に比べ、アウトプット・レベルが60%の場合は、全体のレベルが減るわけですね。

▲図5 FM音源では、オペレーターのアウトプット・レベルがエンベロープ全体のレベルに影響をおよぼす。たとえば上図のようにアウトプット・レベル=60と設定した場合、エンベロープ全体に対して60%の範囲の中で各パラメーターが動作する

 この場合、問題になるのは「最小値」です。デフォルト状態ではL4=0ですから、エンベロープの最小値は、オペレーターのアウトプット設定に関係なく0になります。アウトプット設定がいくつであれ、0を掛ければ0というわけですね。

 エンベロープだけを考えた場合、最小値=0でまったく問題ないように思えるでしょう。特に、先にも述べたような、キャリアのエンベロープの場合は、鍵盤を弾いていないときに、音量がゼロになるのが普通の挙動だからです。

 しかし問題は、モジュレーターのエンベロープにおける「最小値」です。モジュレーターのエンベロープの場合は、モジュレーション量=0では変調がかからないわけですから、音色がサイン波の状態に戻ってしまいます。しかし、すべての音色の余韻の最後がサイン波になるわけではありませんし、音色の立ち上がり部分が常にサイン波からというわけでもありません。むしろ、ある程度余韻を残しながら消えていく音色や、アタック部分から複雑な倍音構成で軽やかに立ち上がる音色も少なくありません。

 そこで重要なのは、L4を適切に設定し、作りたい音色の最も暗い状態(最も倍音が少ない状態)を決める必要があるということなのです。

▲図6 キャリアのエンベロープにおける0はシンプルに「音量が最小」と考えれば良い。一方、モジュレーターのエンベロープにおけるL4は、音色の「最も倍音が少ない状態」を設定するパラメーターである点に注意

 このように、L4をゼロ以外の値に設定できるのはFM音源に特徴的な機能ですが、実はアナログ・シンセサイザーのカットオフ・フリーケンシーが同様の役割を担っています。アナログ・シンセサイザーではカットオフ・フリーケンシーの値が、フィルター・エンベロープの始点と終点のレベルになり、その上でエンベロープ・アマウントで決めた量だけエンベロープが変化します。つまり、これらのパラメーターはエンベロープ側ではなく、フィルター側に装備されているわけですね。フィルターを持たないFM音源では、こういった機能もすべてエンベロープが受け持っているのです。

▲図7 アナログ・シンセサイザーのフィルターではカットオフ・フリーケンシーの値を起点/終点としてエンベロープが動作する

 なお、FMシンセサイザーの機種によってはL4=0に固定されていたり、L4は設定できても余韻の終わりだけで、立ち上がりの起点=0に固定されているものもあります。これらについては、後で設定方法を解説します。

エンベロープ設定はまず「レベル」から行なう

 エンベロープを設定する前に、エンベロープの初期設定を確認しておきましょう。初期設定では、L4を0にするほかは、すべてのレベル(L1、L2、L3)を最大(100)に、すべてのレート(R1、R2、R3、R4)も最速(0)に設定します。オルガンのように、弾いた瞬間に最大値に達し、それが持続するエンベロープと理解すればよいでしょう。たいていの機種では、デフォルトでこのような設定になっているはずです。

▲図8 エンベロープの初期設定。弾いた瞬間に最大値に達し、それが持続する「オルガン型」のエンベロープ

 ここからエンベロープの設定を行なっていきます。まずは、キャリアとモジュレーターがそれぞれ1つずつ、直列に接続されている単純な設定で考えましょう。
先に述べたように、FM音源の場合はブレイク・ポイントのレベルが変わると、その間の実行時間が変化しますから、最初にレベル設定を行なうと便利です。

 まずは、エンベロープの頂点になる最大レベルを設定しましょう。これは、エンベロープのパラメーターで設定するのではなく、オペレーターのアウトプット・レベルとして設定します。キャリアの場合であれば、まず最大値にしておき、後で調節してもいいのですが、モジュレーターの場合はどれくらいか決めておく必要があります。ここで決めたアウトプット・レベルが音色の一番明るい状態になるわけですね。

 図8で設定したエンベロープでは、オルガンのように最大値が持続する状態ですから、アウトプット・レベルで決めた値が持続していることになります。この状態から、削り出すようにエンベロープを作り、余韻を付け足す、そのようにイメージしてみてください。

▲図9 最大レベル(L1)を設定、さらに減衰部分を元の「オルガン型のエンベロープ」から削り出すように設定し、余韻の部分を付け足すようなイメージで捉えてみよう

 最大レベルが決まったら、今度は最小レベル=L4です。キャリアに設定する場合、鍵盤を弾く前後は通常「無音」ですから、やはりデフォルトの「0」でかまいません。

 モジュレーターのL4ですが、これは前述したように、起点と終点の音色を決めるレベルなので設定する必要があります。ただし、鍵盤を弾いていない状態のレベルを決めるのは難しいので、ちょっとした工夫が必要です。

 さまざまなレベルの中で、いちばん設定しやすいのは、鍵盤を弾き続けると持続するレベル=L3です。デフォルトでは最大値ですから、そこから下げながら、どのあたりが「起点」と「終点」になる音色かを探り、その数値をL4に置き換えます。このようにして、まず音色の「起点」「終点」を設定した後、持続部分の音色を探り、L3を設定します。なお、ピアノのような減衰音であれば「L3=変調が持続する部分」ではなく、減衰しきった値と考えれば良いわけですから、L3=L4となるでしょう。

▲図10 モジュレーターのエンベロープを設定する場合、まずL3のパラメーターで音色の起点/終点を決め、その数値をL4に置き換えると変調の度合いが把握しやすい

 モジュレーターのエンベロープを設定したら、キャリアのL3(持続部分の音量)も設定します。たとえば、減衰音であれば、L3=0になりますね。その場合、初期設定ではレートがすべて最速(R=0)なので、鍵盤から手を離した後すぐ、音が出ない状態になっているはずです。

※MEMO※ アナログ・シンセサイザーのカットオフ・フリーケンシーと同様に、L4は案外高い値になることが多いものです。逆に、低すぎると、余韻が暗くなりすぎてボヨンとした音色になったり、立ち上がりの音色変化が大きすぎてどの音色もシンセ・ブラス風になるなど、意図しない結果になります。

レートの設定はキャリアのエンベロープから行なう

 これで主なレベル設定が終わりましたから、レートの設定も行ないます。まずキャリアのエンベロープを設定してから、モジュレーターのエンベロープに取りかかります。というのは、キャリアのレートを設定しないと、音が出なかったり、余韻がついていなかったりするので、モジュレーターのレート設定ができないからですね。ですから、基本的にキャリアのエンベロープは、モジュレーターのエンベロープの外側になるように、同時または先に立ち上がり、同時または後で減衰するように設定します。

▲図11 音量をコントロールするキャリアのエンベロープが、音色をコントロールするモジュレータのエンベロープの「外側」になるように設定する

 なお、上がり下がりが連続するようなエンベロープを設定する場合、モジュレーターの全ブレイク・ポイントをキャリアのエンベロープの内側に設定するのは不可能です。

 そこで、立ち上がり部分の音色変化を重視する場合は、その部分がよく聞こえるように(上り優先で)エンベロープ設定を行ないます。この場合、キャリアの方が早く立ち上がり、その後モジュレーターが変化するようにします(図12左)。

 一方、アタック後の減衰部分での音色変化を重視する場合は、立ち上がりではなく、下がり始めの部分がよく聞こえるように(下り優先で)エンベロープ設定を行ないます。この場合は、まずキャリアのレベルが十分に高い位置からモジュレーターが減衰するようにします。その上で、モジュレーターの方が早く減衰し、その後、キャリアが変化するようにします(図12右)。

▲図12 立ち上がり部分の音色変化を重視するのか、アタック後の音色変化を重視するのかなど、作りたい音色によってエンベロープ設定の「上り優先」「下り優先」が変わる

 ざっと、キャリアのレート設定を行なったらモジュレーターのレート設定を行ないます。スロー・アタックなサウンドなどで、モジュレーターのR1の設定が判断しにくい(音色変化が最大値に達するまでの速度設定がよくわからない)場合は、いったんL3=0(L4と同じ)にすると、変化が頂点に達した瞬間にすとんと変調のレベルが落ちるので、変化がわかりやすくなるはずです。

▲図13 モジュレーターのR1設定がわかりにくい場合はL3をいったん「0」にすると、音色変化が把握しやすくなる

 エンベロープの設定を、一度でピッタリと決めるのは難しいものです。まずは大体の形を決めて、レートやレベルを微調節しながら狙った形になるようにします。その際に注意が必要なのは、レベルを変えたら到達時間が変わるので(図2参照)、必ずレートも調節しなおすことです。

ブレイク・ポイントを増やしてより正確なエンベロープに

 ここまでは、L2=最大、R2=最速で、2つ目のブレイク・ポイントは使っていない状態でした。もし、アタックの動きを変更したい場合は、ブレイク・ポイントを追加することで、より正確なエンベロープにできます。

 アタックの立ち上がりに満足できない場合は、L1を下げてスロープを分割します。この場合に便利なのは、時間をレートで設定していることです。レベルを変えても、レートが同じであれば傾きが保たれますから、いったんR2=R1に設定しておきます。この状態では何も変化は起きません(図14左)。そこから、アタックのスロープ後半を変えたい、途中から遅く(または速く)したい場合はレート=R2を変更します(図14中)。アタックのスロープ前半部分を変えて音の立ち上がりを遅く(または速く)したい場合は、R1を変更します(図14右)。

▲図14 スロープを分割する(ブレイク・ポイントを増やす)ことによって、音の立ち上がり部分の変化をよりきめ細かく制御することが可能になる

 アタックの後をより細かく設定したい場合も同じです。L1→L3に達するディケイを変更したい場合は、L2を下げてスロープを分割し、ブレイク・ポイントを増やして調節します。この場合も、先ほどと同様にいったんR2=R3にし、ブレイク・ポイントのレートを変更して調節していきます。

▲図15 ブレイク・ポイントを増やし、レートを調節することでアタック部分(L1)からサステイン部分(L3)に至る変化をきめ細かくコントロールすることができる

L4が設定できない機種での、モジュレーターのエンベロープ設定

 L4は重要なパラメーターですが、これが設定できない機種の場合には、少し工夫が必要になります。こういう機種では先に述べた原則とは逆に、キャリアよりもモジュレーターのエンベロープが外側に位置し、モジュレーターが先に立ち上がり、後で減衰するように設定します。

 こうすることで、実際に耳に聞こえ始める時点で、すでにモジュレーターのエンベロープが立ち上がり、ある程度モジュレーションのかかった状態になり、音が減衰し消えていっても、まだモジュレーターのエンベロープは減衰しきれずに、ある程度モジュレーションのかかった状態に残すことができます。

 こういった設定は、音の出始めや出終わりで、サウンドが丸くなりきってほしくないとき(サイン波に戻ってしまわないようにするとき)に行ないます。そうでない場合は、原則どおり、モジュレーターのエンベロープがキャリアのそれよりも内側に来るイメージでエンベロープ設定するといいでしょう。

▲図16 L4が設定できない機種の場合、基本的にはモジュレーターのエンベロープをキャリアよりも外側に設定し、音色の起点と終点をコントロールする。音が消える位置でもモジュレーターのエンベロープは減衰しきっていない点に注目

複数のモジュレーターのエンベロープを設定するコツ

 多段接続やY字型接続のように、複数のモジュレーターが1つのキャリアをモジュレートしている場合のエンベロープ設定については、大きく2つの場合に分けて考えるといいでしょう。

 1つ目は、ピアノやベースのように強いアタックを持つ音色など、発音(音量変化)のピークと、モジュレーターによる変調(音色変化)のピークが同時に起きる場合です。

 この場合は、モジュレーターが1つの場合と同様に、キャリア、モジュレーター1、モジュレーター2という3つのオペレーターごとにレベルを同時に設定しながら、それぞれのレベルでの音色を決め、次にレートを設定します。

 この場合、キャリアから遠いモジュレーター2のエンベロープを、キャリアに近いモジュレーター1のエンベロープの外側になるように、つまり、先に立ち上がり後で減衰するように設定します。これは連載第5回で説明したように、変調のレベルがキャリアに近いモジュレーターのアウトプット・レベルに影響されるからですね。このようにして、モジュレーター1のエンベロープをざっと設定したら、次にモジュレーター2のレートを設定して音色の変化をより細かく設定し、さらにそれぞれのバランスを見ながら追い込んでいきます。

▲図17 発音と音色変化のピークが同時に起きる音色の場合、キャリアに近い方のエンベロープを内側(先に立ち上がり後で減衰するように)設定する。図のようなオペレーターの直列接続がその典型例

 もう1つは、立ち上がりの異なる複数の音色のレイヤー・サウンドのように、それぞれのピークがずれている場合です。この場合は各系統ごとに個別にエンベロープ設定を行ない、最終的に合成しながら調節して追い込んでいきます。

▲図18 立ち上がりの異なる音色をレイヤーさせる場合は、各系統ごとに個別のエンベロープを設定し、バランスを取りながら合成する

 このように、それぞれの系統ごとに分けて考えるという考え方は、ここで挙げたY字接続の場合に限らず、直列×3系統のように、まったく異なる系統をレイヤーする場合も同様ですね。

第6回のまとめ

  • レベルが変わると到達時間が変わるので、まずはレベルを決めてからレートを設定するのが合理的。
  • モジュレーターのエンベロープでは、起点と終点になるL4の設定を行なう。
  • 基本的に、キャリアのエンベロープが、モジュレーターのエンベロープを内包するように設定する。
  • L4が設定できない機種では、モジュレーターのエンベロープが先に立ち上がり、後で終わるように設定し、起点と終点の倍音量を調節する。
  • 多段変調の場合は、キャリアに近い方のモジュレーターのエンベロープが、遠い方のモジュレーターのエンベロープの内側になるように設定する。
  • キャリアが複数ある場合は、それぞれの系統ごとにエンベロープを設定する。
  • エンベロープの設定は、おおまかに設定した後、ブレイク・ポイントを増やすなどして、さらに細かく詰めていく。

 さて、これでFM音源の主なパラメーター、音作りの基本になるセクションをひと通り見ることができました。「難解」と言われるFM音源ですが、1つずつパラメーターを理解していけば確実に攻略できます。そして、理解とともに音作りの可能性の広さ、魅力を実感できるでしょう。筆者も、この連載を通じて、あらためて、よくできた音源方式だと感心しなおしました。さまざまなジャンルで愛用されているFM音源、ぜひ使いこなして、音楽生活の強い味方にしてくださいね。

編集部からのお知らせ

 7回に渡ってお届けした「これならわかる!FM音源の基礎から音作りテクニックまで」。いかがだったでしょうか。今回で音作りの「基礎編」はひとまず終了ですが、FM音源にはこのほかにもピッチ・エンベロープ、モジュレーション、アフタータッチなどのコントローラー、レベル・スケーリングといった、動的に音色をコントロールするさまざまなパラメーターがあります。連載で紹介しきれなかったそれらのパラメーター解説に加え、実際の音色を例にしたより実践的な音作りのテクニックについては、後日発売予定の電子書籍版でじっくり取り上げます。発売時期などについてはあらためてお知らせしますので、ぜひ楽しみにお待ち下さい!

FMシンセ、この1台

ヤマハ FS1R

 ワークステーション・シンセのSYシリーズ発売の後、発売された1Uサイズの音源モジュール。FM音源(8オペレータ/88アルゴリズム、)の倍音とフォルマント成分を組み合わせることで幅広い音色を作ることができる。また、FM音源を4個のノブでリアルタイムに音色コントロールできたことは当時としては斬新だった。現在も名機として評価が高く、中古が高値で取引されている。

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プロフィール

高山博(たかやま・ひろし)
作編曲家/キーボード・プレイヤー。作曲家としては、NHK銀河テレビ小説『妻』、TV朝日『題名のない音楽会』(出演)、国際交流基金委嘱『ボロブドゥールの嵐』、香川県芸術祭『南風の祭礼』、自らのバンドCharisma『邂逅』(キングレコード)など、イベント、放送、CD作品など多岐にわたって活躍。執筆活動では、『ポピュラー音楽作曲のための旋律法』『ビートルズの作曲法』などの音楽理論書や、『Pro Tools 11 Software徹底操作ガイド』『Logic Pro X for Macintosh徹底操作ガイド』(いずれもリットーミュージック刊)などのDAW/シンセサイザー解説書など多数の著作を持つほか、音楽雑誌でも健筆をふるう。映画美学校作曲科講師、東京藝術大学大学院非常勤講師。

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