WEBVTT

1
00:00:03.166 --> 00:00:05.733
こんにちは、くいなちゃんです。

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00:00:05.733 --> 00:00:12.733
今回は作曲ソフトを自作して、作ったそのソフトで曲を自作していきましょう。

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00:00:12.733 --> 00:00:18.300
実は既に完成した曲がもうありますので、早速聴いてみましょう。

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00:00:28.166 --> 00:00:32.000
はい、ゲームで敵を倒したときに流れそうな音楽ですね。

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00:00:32.000 --> 00:00:35.299
コード進行でちょっぴり遊んでしまいました。

6
00:00:35.299 --> 00:00:38.433
では、今からこれを作りましょう。

7
00:00:42.333 --> 00:00:44.466
とりあえずログインして、

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00:00:49.799 --> 00:00:55.733
DocumentsフォルダにMusicMakerという名前で作業用フォルダを作りました。

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00:00:55.733 --> 00:00:59.766
今回、DebianというLinuxディストリビューションを使っていますが、

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00:00:59.766 --> 00:01:02.000
OSは何でも大丈夫です。

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00:01:02.000 --> 00:01:06.733
FreeBSDでもWindowsでも好きなものを使ってください。

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00:01:06.733 --> 00:01:09.433
それでは、とりあえずターミナルを開きます。

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00:01:09.433 --> 00:01:13.599
main.cというファイルを作って、Vimで開きます。

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00:01:13.599 --> 00:01:16.733
テキストエディターもVimでなくて大丈夫です。

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00:01:16.733 --> 00:01:19.599
私は普段はVSCodeを使っていますが、

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00:01:19.599 --> 00:01:22.766
ちょっと便利すぎて自作している雰囲気が出ないので、

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00:01:22.766 --> 00:01:24.733
今回はVimで書きます。

18
00:01:24.733 --> 00:01:29.933
プログラミング言語も、Pythonなどを使えばライブラリが豊富で便利ですが、

19
00:01:29.933 --> 00:01:33.000
中で何をやっているのかが見えなくなってしまいますので、

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00:01:33.000 --> 00:01:36.733
今回はあえてシンプルなC言語で書こうと思います。

21
00:01:36.733 --> 00:01:37.766
全部見せます。

22
00:01:38.733 --> 00:01:43.299
まずは片っ端から#includeして、main関数を書きます。

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00:01:43.299 --> 00:01:45.599
さて、とりあえずの流れとして、

24
00:01:45.599 --> 00:01:50.200
このプログラムでWAVファイルを生成することをゴールとします。

25
00:01:50.200 --> 00:01:52.733
WAVファイルは音声ファイルの一種で、

26
00:01:52.733 --> 00:01:56.733
波形がそのままの形で含まれているフォーマットになります。

27
00:01:56.733 --> 00:02:00.733
つまり、人間にとって読み書きしやすい形式です。

28
00:02:00.733 --> 00:02:05.733
それではとりあえず、このWAVファイルのバイナリを格納するバッファーを作ります。

29
00:02:05.733 --> 00:02:10.233
サイズはまだわからないので、適当に1024にしましょう。

30
00:02:10.933 --> 00:02:12.766
(適宜、作業は倍速再生します)

31
00:02:13.400 --> 00:02:17.500
WriteBin関数で中身を書き込む想定にして、

32
00:02:17.500 --> 00:02:22.366
output.wavのファイルに出来上がったバイナリを出力します。

33
00:02:23.133 --> 00:02:26.733
(プログラミングたのしいです…)

34
00:02:28.633 --> 00:02:33.066
で、あとは、WriteBinで中身を作れば完成です。

35
00:02:36.099 --> 00:02:41.733
バイナリにIDや数値を書き込むためのユーティリティ関数を作っておきましょう。

36
00:02:42.666 --> 00:02:46.166
(とりあえず関数名は、WriteId、WriteIntとしました。)

37
00:02:49.966 --> 00:02:54.900
ここからは、WAVファイルのフォーマットに沿ってバイナリを書き込んでいきます。

38
00:02:59.500 --> 00:03:03.533
(WAVファイルの仕様書を見ながら書きます。)

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00:03:05.966 --> 00:03:10.066
(また、10進数から16進数には、電卓を使って変換しています。)

40
00:03:12.333 --> 00:03:16.599
(今回は、44100Hzで16bitのモノラル音声に設定しました。)

41
00:03:18.866 --> 00:03:22.300
いよいよ、波形をバイナリに書き込む処理です。

42
00:03:22.300 --> 00:03:27.166
波形は、-1.0～1.0の小数で扱いたいのですが、

43
00:03:27.166 --> 00:03:28.800
今回のWAVファイルは、

44
00:03:28.800 --> 00:03:36.333
-32768～32767の整数で書き込むフォーマットになっているため、

45
00:03:36.333 --> 00:03:38.966
変換して書き込むようにします。

46
00:03:39.900 --> 00:03:44.266
(値が範囲を超えたときにクランプする処理を書いています…)

47
00:03:47.866 --> 00:03:50.033
とりあえず、一度ビルドして、

48
00:03:50.033 --> 00:03:53.566
WAVファイルが正しく生成されるかを確認しましょうか。

49
00:03:54.733 --> 00:03:56.533
ビルドは通りました。

50
00:03:58.733 --> 00:04:00.266
実行もできました。

51
00:04:00.500 --> 00:04:03.733
output.wavが生成されていますね。

52
00:04:03.733 --> 00:04:05.266
再生してみましょう。

53
00:04:06.533 --> 00:04:09.500
うーん、短すぎてよくわかりませんね。

54
00:04:09.500 --> 00:04:12.733
エラーは出ないため、フォーマットは正しそうに思えます。

55
00:04:13.199 --> 00:04:14.699
長くしてみましょう。

56
00:04:14.699 --> 00:04:22.666
サンプリング周波数は、44100Hzなので、44100の長さにして、1秒の音声にします。

57
00:04:23.233 --> 00:04:27.066
(またビルドと実行をして…)

58
00:04:28.166 --> 00:04:33.000
波形が常に0なので音は鳴りませんが、1秒間再生されているようです。

59
00:04:37.033 --> 00:04:40.166
試しに何か波形を書き込みましょう。

60
00:04:40.166 --> 00:04:45.733
440Hzのsin波は、人間の耳にはラの音で知覚されます。

61
00:04:45.733 --> 00:04:51.033
1秒間に440回振動するように、sin波を書き込みましょう。

62
00:04:57.733 --> 00:04:59.733
再生してみると、

63
00:05:01.100 --> 00:05:03.500
あ、ラの音が鳴りましたね。

64
00:05:03.500 --> 00:05:05.166
成功です。

65
00:05:05.166 --> 00:05:08.033
記念に別名保存しておきましょう。

66
00:05:10.199 --> 00:05:13.500
次は… あ、解放し忘れていました。

67
00:05:13.500 --> 00:05:14.966
解放しておきましょう。

68
00:05:16.166 --> 00:05:19.733
では次は、音階とメロディーを作っていきましょう。

69
00:05:19.733 --> 00:05:22.500
まずは、メロディーの音を書いていきます。

70
00:05:25.133 --> 00:05:30.166
CDEFGABの音と、長さの組み合わせを書きます。

71
00:05:30.166 --> 00:05:34.166
四分音符なら4、八分音符なら8と書きます。

72
00:05:36.666 --> 00:05:39.266
はい、『きらきら星』のメロディーです。

73
00:05:39.733 --> 00:05:45.066
CreateWaveという関数に、このメロディーを渡すと波形が生成される流れとします。

74
00:05:51.933 --> 00:05:58.066
この辺りには、渡ってきたメロディーの音階を波形に変換する処理を書きます。

75
00:05:58.066 --> 00:06:03.433
音は、周波数が2倍になるごとに1オクターブ音が高くなります。

76
00:06:03.433 --> 00:06:07.733
1/2倍になるごとに1オクターブ音が低くなります。

77
00:06:07.733 --> 00:06:11.800
つまり、440Hzに2^nをかけることで、

78
00:06:11.800 --> 00:06:15.733
オクターブ違いのラの音を鳴らすことができます。

79
00:06:15.733 --> 00:06:18.133
さらに、1オクターブの間には、

80
00:06:18.133 --> 00:06:22.733
ピアノの白鍵と黒鍵を合わせて12個の音があります。

81
00:06:22.733 --> 00:06:27.699
つまり、1オクターブを12分割した、m/12を考え、

82
00:06:27.699 --> 00:06:32.466
440Hzに2^(m/12)をかけることで、

83
00:06:32.466 --> 00:06:35.733
ピアノの鍵盤にあるすべての音が表せます。

84
00:06:35.733 --> 00:06:39.833
白鍵は、半音単位で考えると等間隔でないため、

85
00:06:39.833 --> 00:06:45.533
mは0、2、3、5、7、…のように不規則な値になります。

86
00:06:49.566 --> 00:06:52.233
おっと、ビルドエラーが起きました。

87
00:06:52.233 --> 00:06:54.899
配列の書き方が逆でした…。

88
00:06:57.433 --> 00:07:01.666
(修正中…)

89
00:07:06.633 --> 00:07:08.533
はい、再生してみましょう。

90
00:07:13.933 --> 00:07:15.966
無事、きらきら星が鳴りました。

91
00:07:15.966 --> 00:07:17.966
記念に別名保存します。

92
00:07:20.866 --> 00:07:23.733
さて次は、楽器を作っていきましょう。

93
00:07:23.733 --> 00:07:27.733
sin波以外にも、色々な音を鳴らしたいですよね。

94
00:07:27.733 --> 00:07:31.733
新たに、synthe.hとsynthe.cを作ります。

95
00:07:33.699 --> 00:07:37.899
(.h、.cはC言語用のファイルです。)

96
00:07:37.899 --> 00:07:42.366
(.hに関数の定義を書き、.cに実装を書きます。)

97
00:07:44.899 --> 00:07:47.899
sin波の他に、三角波も追加しましょう。

98
00:07:47.899 --> 00:07:51.966
三角波は、sin波よりも明るく目立つ音になります。

99
00:07:53.233 --> 00:07:55.466
(sin波はなめらかな波ですが、)

100
00:07:55.466 --> 00:07:59.233
(三角波は文字通り、上下に三角形を連ねた形の波です。)

101
00:07:59.733 --> 00:08:01.933
はい、三角波が完成しました。 (たぶん)

102
00:08:10.333 --> 00:08:12.699
他にも、色々な楽器を追加しましょう。

103
00:08:13.300 --> 00:08:16.733
出来るか分かりませんが、ピアノに挑戦しましょう。

104
00:08:16.733 --> 00:08:19.733
ピアノは、倍音が多い楽器です。

105
00:08:19.733 --> 00:08:23.500
cos波の重ね合わせで、倍音を表現します。

106
00:08:23.966 --> 00:08:27.366
(倍音とは、周波数を2倍、3倍…として重なった音のことです。)

107
00:08:29.100 --> 00:08:34.733
ここで、シンセサイザーにおける基本機能のADSRの関数を実装しましょう。

108
00:08:34.733 --> 00:08:39.899
ADSRは、Attack、Decay、Sustain、Releaseの頭文字で、

109
00:08:39.899 --> 00:08:43.033
音の持続や鳴り方を制御できるものです。

110
00:08:43.033 --> 00:08:45.333
例えば、ピアノの音を鳴らすと、

111
00:08:45.333 --> 00:08:49.733
いきなり大きな音が鳴ってから、自然に小さい音になっていきます。

112
00:08:49.733 --> 00:08:51.733
一方、ヴァイオリンの音を鳴らすと、

113
00:08:51.733 --> 00:08:54.799
一番大きな音になるまで少し時間がかかりますが、

114
00:08:54.799 --> 00:08:57.500
ずっと音を鳴らし続けることができます。

115
00:08:57.500 --> 00:09:00.000
このように、楽器の音を鳴らした時の、

116
00:09:00.000 --> 00:09:03.933
音の大きさの変化を再現するものがADSRです。

117
00:09:05.799 --> 00:09:07.966
(じつは低音から高音にかけてのdecayの順序が逆になっていました。)

118
00:09:07.966 --> 00:09:10.200
(これだとピアノっぽい音になりません…)

119
00:09:12.100 --> 00:09:14.733
倍音の周波数をわずかにずらすことで、

120
00:09:14.733 --> 00:09:18.766
ピアノの弦の剛性が再現できるらしいので、試してみます。

121
00:09:29.066 --> 00:09:33.366
ピアノっぽいかは疑問ですが、とりあえずピアノの音が出来上がりました。

122
00:09:35.366 --> 00:09:37.266
次は、Leadです。

123
00:09:37.266 --> 00:09:39.833
矩形波をsin関数で表現します。

124
00:09:40.266 --> 00:09:44.233
(矩形波とは、上下に長方形が並んだような波のことです。)

125
00:09:44.899 --> 00:09:48.566
本来なら、無限に倍音を重ねる必要がありますが、

126
00:09:48.566 --> 00:09:51.100
倍音を4つ程度に制限することで、

127
00:09:51.100 --> 00:09:53.733
矩形波の音に丸みを持たせます。

128
00:09:53.733 --> 00:09:56.866
そして、2つのオクターブ違いの音を重ね、

129
00:09:56.866 --> 00:10:00.200
わずかに周波数をずらして、音に厚みを持たせます。

130
00:10:01.566 --> 00:10:05.766
(いわゆるDetuneという効果です。)

131
00:10:06.366 --> 00:10:08.733
ついでに、ビブラートもかけましょう。

132
00:10:08.733 --> 00:10:12.933
音を長く鳴らした時に、だんだん音の高さに揺れが生じることで、

133
00:10:12.933 --> 00:10:15.899
人の歌声のビブラートを模したような音になります。

134
00:10:26.366 --> 00:10:28.399
はい、Leadも完成しました。

135
00:10:30.600 --> 00:10:32.233
最後に、Padです。

136
00:10:32.233 --> 00:10:36.500
Padは、Attackを小さく、ふわっとした音にします。

137
00:10:36.500 --> 00:10:39.433
1音を鳴らすだけで、和音が鳴るようにします。

138
00:10:53.633 --> 00:10:55.299
はい、Padも完成です。

139
00:10:57.966 --> 00:11:00.833
楽器ごとに音量が変えられるようにしましょう。

140
00:11:01.233 --> 00:11:04.733
(volumeという引数を、各楽器に付けて回ります。)

141
00:11:05.133 --> 00:11:09.733
さてそれでは、楽器が揃ったので、作曲の方に取り掛かります。

142
00:11:09.733 --> 00:11:14.733
今のままだと、CDEFGABの7音しか使えませんので、

143
00:11:14.733 --> 00:11:18.100
オクターブの変更と、黒鍵の実装を行います。

144
00:11:18.100 --> 00:11:19.533
休符にも対応します。

145
00:11:23.066 --> 00:11:26.066
(「-」で半音下げ、「+」で半音上げるようにします。)

146
00:11:29.166 --> 00:11:33.066
それでは、頭の中で曲を作りながら、打ち込んでいきます。

147
00:11:33.833 --> 00:11:37.866
(脳内作曲中…)

148
00:11:38.200 --> 00:11:40.066
メロディーはこんな感じです。

149
00:11:42.166 --> 00:11:45.166
(2パート目を作成中…)

150
00:11:45.766 --> 00:11:47.933
続いて、ベースを打ち込んでいきます。

151
00:11:51.466 --> 00:11:54.000
パッドで、コードの音を補強します。

152
00:11:54.399 --> 00:11:57.000
(コードは大切…)

153
00:11:57.333 --> 00:12:00.466
高音にピコピコした音を追加しましょう。

154
00:12:00.466 --> 00:12:02.166
曲調がキラキラします。

155
00:12:03.633 --> 00:12:07.966
(基本的にはコードに則りながら、)

156
00:12:07.966 --> 00:12:12.333
(アルペジオやスケールを散りばめます。)

157
00:12:13.966 --> 00:12:17.299
最後に、空いた中低音にピアノを追加しましょう。

158
00:12:18.000 --> 00:12:19.899
(なるべく周波数の空いたところに、

159
00:12:19.899 --> 00:12:21.933
(音を配置していくと良いですね。)

160
00:12:22.833 --> 00:12:25.933
このままだと、複数の波形が組み合わさって、

161
00:12:25.933 --> 00:12:30.799
波形が-1.0～1.0の範囲から超えてしまいます。

162
00:12:30.799 --> 00:12:33.600
今は、超えた部分はクランプしているため、

163
00:12:33.600 --> 00:12:37.000
波形が大きく壊れてノイズになってしまいます。

164
00:12:37.000 --> 00:12:41.100
そこで、-1.0～1.0の範囲になるように、

165
00:12:41.100 --> 00:12:42.766
全体を正規化しましょう。

166
00:12:43.466 --> 00:12:45.233
ピークの絶対値で割ることで、

167
00:12:45.233 --> 00:12:49.666
波形は-1.0～1.0の範囲にスケールされます。

168
00:12:54.533 --> 00:12:58.233
念のため、ピークの値をコンソールに出力しておきます。

169
00:13:12.500 --> 00:13:15.533
はい、それらしい曲が出来上がりました。

170
00:13:15.533 --> 00:13:20.266
では、これにディレイをかけて、音に奥行きを待たせたいと思います。

171
00:13:20.266 --> 00:13:23.100
ディレイとは、いわゆるエコーの一種です。

172
00:13:23.100 --> 00:13:25.733
鳴らした音を時間差で再度鳴らすことで、

173
00:13:25.733 --> 00:13:28.266
反響音のような効果を持たせます。

174
00:13:29.200 --> 00:13:31.633
反響音が鳴り終わるまでの部分で、

175
00:13:31.633 --> 00:13:35.433
曲の長さが伸びるため、曲の長さを更新するようにします。

176
00:13:39.766 --> 00:13:43.866
おっと…、曲本体の部分に反響音を書き込んでしまうと、

177
00:13:43.866 --> 00:13:49.233
その反響音も曲本体とみなされて、さらに反響音が生成されてしまいます。

178
00:13:49.233 --> 00:13:52.066
これを防ぐために、先頭からではなく、

179
00:13:52.066 --> 00:13:55.566
波形の末尾から先頭に向かって逆順で処理します。

180
00:13:56.366 --> 00:13:59.200
反響音は1回である必要はないので、

181
00:13:59.200 --> 00:14:02.633
時間差と音量差をつけて複数回にします。

182
00:14:03.799 --> 00:14:06.799
(ところで、今流れているBGMも自作だったりします。)

183
00:14:07.133 --> 00:14:09.166
ついでに、いろいろ調節します。

184
00:14:25.533 --> 00:14:28.566
はい、ディレイがかかってきれいになりました。

185
00:14:29.433 --> 00:14:32.133
ちょっとピアノの音にオーバードライブをかけて、

186
00:14:32.133 --> 00:14:34.166
軽く歪ませたいと思います。

187
00:14:34.166 --> 00:14:36.733
波形のプラス部分とマイナス部分とに、

188
00:14:36.733 --> 00:14:38.866
非対称なかけ方をすることで、

189
00:14:38.866 --> 00:14:41.966
独特の豊かな効果が生まれるらしいです。

190
00:14:41.966 --> 00:14:43.066
試してみましょう。

191
00:14:44.100 --> 00:14:45.399
連続性のため、

192
00:14:45.399 --> 00:14:48.466
tanhなどがよく使われるようです。

193
00:14:49.933 --> 00:14:52.633
他にもいろいろバランスを整えたいため、

194
00:14:52.633 --> 00:14:53.700
微調整します。

195
00:14:54.899 --> 00:14:59.466
今は波形を-1.0～1.0の範囲に正規化していますが、

196
00:14:59.466 --> 00:15:02.100
それだと全体的に波形が縮小され、

197
00:15:02.100 --> 00:15:04.200
音が小さくなってしまいます。

198
00:15:04.200 --> 00:15:07.733
そこで、なるべくもともとの波形の形を保ったまま、

199
00:15:07.733 --> 00:15:11.200
-1.0～1.0の範囲に収めることを考えます。

200
00:15:11.766 --> 00:15:15.033
そこで活躍するのが、コンプレッサとリミッターです。

201
00:15:15.733 --> 00:15:18.933
コンプレッサは、波形が一定レベルを超えたときに、

202
00:15:18.933 --> 00:15:21.933
超えた部分だけを圧縮する機能を持ちます。

203
00:15:21.933 --> 00:15:25.733
つまり、正規化で全体的にスケールをかけるのではなく、

204
00:15:25.733 --> 00:15:29.733
波形がたまに飛び出した部分だけにスケールをかけるイメージです。

205
00:15:29.733 --> 00:15:32.766
こうすることで、体感的な音圧が高まります。

206
00:15:33.966 --> 00:15:37.866
(コンプレッサをかけることで、音に迫力が出て全体がまとまるので、)

207
00:15:37.866 --> 00:15:42.000
(使ったことがない人は、ぜひ使ってみてください。)

208
00:15:42.000 --> 00:15:46.500
(みんな使っています。)

209
00:15:48.100 --> 00:15:53.533
リミッターは、コンプレッサの圧縮率を非常に高めたものというイメージです。

210
00:15:53.533 --> 00:15:56.733
圧縮率を無限大にすることもあります。

211
00:15:56.733 --> 00:15:59.299
今回は、波形が一定レベルを超えたときに、

212
00:15:59.299 --> 00:16:01.833
そこで単純にクリップさせようと思います。

213
00:16:01.833 --> 00:16:04.899
やりすぎると、ノイズが乗りますので注意が必要です。

214
00:16:08.933 --> 00:16:12.600
それでは、最終形が完成しました。聴いてみましょう。

215
00:16:23.566 --> 00:16:25.233
イコライザーを使いたくなったら、

216
00:16:25.233 --> 00:16:28.166
高速フーリエ変換も実装する必要が出てきますが、

217
00:16:28.166 --> 00:16:30.733
今回はこれで完成としたいと思います。

218
00:16:32.399 --> 00:16:35.033
みなさんも、もし無人島に遭難したら、

219
00:16:35.033 --> 00:16:38.566
VSCodeやPythonなどのリッチな環境は使えません。

220
00:16:38.566 --> 00:16:41.533
ぜひ、一からWAVファイルを作ってみてくださいね。

221
00:16:42.166 --> 00:16:43.533
ばいばーい。