YM2413アプリケーションマニュアル

YM2413アプリケーションマニュアル

本記載内容は、YM2413データシート（日本語版)、YM2413アプリケーションマニュアル(英語版)、MSX-Datapackを参考に作成しています。
また、赤字記載内容は裕之が独自に解釈or解析した結果を記載しています。

YM2413データシートは、下記公式ページより入手することが可能です。
製品情報サウンドジェネレーターLSI 半導体 YAMAHA(http://www.yamaha.co.jp/product/lsi/prod/sgl/)

YM2413アプリケーションマニュアルは、下記ページを参照させていただきました。
YM2413 FM Operator Type-LL (OPLL) Application Manual(http://www.smspower.org/maxim/docs/ym2413am/)

目次

1.OPLLの概要
1-1 概要
1-2 特徴
1-3 FM方式の概要

2.機能
2-1 機能概要
2-2 端子配置図
2-3 端子機能
2-4 端子制御
2-5 チャンネルとスロット
2-6 ブロック図
2-7 レジスタマップ

3.動作説明
3-1 レジスタ
3-2 フェイズジェネレーター(PG)
3-3 エンベロープジェネレーター(EG)
3-4 オペレータ(OP)とDAコンバーター(DAC)

4.インターフェース
4-1.クロック生成
4-2.オーディオ出力
4-3.プロセッサ接続

5.OPLLでの楽音の作り方
5-1.音作りの考え方
5-2.音作りの基本
5-3.音作りの例
5-4.リズム音について

6.電気的特性

7.タイミング図

8.パッケージ外形図

1.OPLLの概要

1-1 概要
OPLL（FM OPERATOR TYPE-LL)は、音源としてYAMAHA独自のFM音源を採用するとともに、DAコンバーターや水晶発掘回路を内蔵しているため従来の音源LSIに比べて、非常に容易にかつローコストで音源システムを組み立てることが可能です。さらに本LSIでは、ソフトウェアの簡便さを図るため音色データをROMとしてもち音色変更にともなうデータ変更を一度の音色選択操作ですませることができます。また、効果音や独自の音色も発音可能とするために1音色分の音色データレジスタも内蔵しています。尚内蔵音色データはキャプテン・文字多重放送に対応した音色をもっております。

1-2 特徴
　・FM音源を採用し、リアルなサウンドを作ることが可能
　・モード選択により9音同時発音あるいはメロディー音6音・リズム音5音の2つのモードを選択可能（いずれの場合にも異音色可）
　・音色データ内蔵（メロディー音15音色・リズム音5音色～キャプテン・文字多重放送対応）
　・DAコンバーター内蔵
　・水晶発信回路内蔵
　・ビブラート発振器／振幅変調発振器内蔵
　・入力TTLコンパチブル
　・5V単一電源
　・Si-Gate NMOS LSI
　・18ピンプラスチックDIP（YM2413B）、または24ピンプラスチックSOP（YM2413B-F)

1-3 FM方式の概要
　FM方式とは、Frequency Modulationすなわち周波数変調の意味で、変調によって生じる高調波を楽音の合成に利用したものです。この方式は比較的簡単な回路で、非調和音も含む高い高調波成分を持つ波形を発生させることができ、しかも変調指数と高調波のスペクトル分布の対応が非常に自然であるため、自然楽器の合成音から電子楽器まで、幅広い音作りが可能ということが確認されています。

FM方式は以下の式のように4つのパラメータで表現されます。

　　(式1)　　F=Asin(ωct + I sin ωmt)

　ここでは、Aは出力振幅、Ⅰは変調指数、またωc、ωmはそれぞれキャリア、モジュレータの各周波数です。この式1は次のように表現することもできます。

　　(式2)　　F=Jo(I)sin ωct＋J1(I){sin(ωc+ωm)t－sin（ωc-ωm)t}+J2(I){sin（ωc+2ωm)t＋sin(ωc-2ωm)t+...]

　ここで、Jn（Ⅰ）はn次の第1種Bessel関数です。(式2)式からわかるように各倍音の振幅は、変調指数のBessel関数で表現されることになり、式1によるFM音源は特定の楽音や効果音の合成に非常に有効となることがわかります。ただし、これでは高調波が一様に分布しないためString系の音源には不向きとなります。そこで、考え出されたのが(式3)で表されるfeedbackFMという方式です。

　　(式3)　　F=Asin（ωct＋βF）

　ここでβは帰還率です。このfeedbackFMでは、高調波スペクトルが鋸歯状波となりString系の音作りも可能となります。
　以上のような、FM方式を実現するためには、次の3つの機能ブロックが必要です。

　　1．ωtを発生させるphase generator（PG）
　　2．振幅Aや変調指数Ⅰを時間関数として得るためのenvelop generator（EG）
　　3．sinテーブル（sin）

　以上の3つの構成要素を組み合わせて1つのユニットとして考えると、先のFM方式は図1-1のように表すことができます。したがって、このユニット（オペレータセル：OP）の考え方を用いれば、FM方式の音作りは、ユニット内の周波数パラメータやEGパラメータの設定、そしてユニット間の組み合わせのデータを作ればよいことになります。

　　図1-1　ユニットセルによるFM方式の表現

2.機能

2-1 機能概要
OPLLは9ビットDAコンバーターを内蔵したFM音源LSIであり、メロディー音を9音あるいはメロディー音6音・リズム音5音の2つの発音モードをもち、両モードとも同時異音色発音か可能です．さらにこの両モードをソフトウェアで選択することも可能です。本LSIの特色の1つは、音色ROMを内蔵していることです。この音色ROMは、別表のごとくメロディーに対して15音色・リズムに対して5音色用意されています。また表からもわかるようにキャプテン・文字多重放送に用いられる音色はすべて組み込まれています。したがって、これら機器（キャプテン・アタプター、文字多重放送受信機内蔵TV）への応用か容易になります。また、効果音や独自の音創りが可能なように1音色分の音色レジスタがあります。この音色レジスタの各パラメータは次式のE,W1,I,W2をコントロールすることにより、基本波W1に付するいろいろな高調波を生成することができます。

　　　　　　　　　FM=Esin(w1t+Isinw2t)

OPLLは従来のFM音源と異なり、音色がROMとして内蔵されているため、プロセッサからの発音制御が大幅に簡素化されています。最初に音色選択レジスタに希望の音色を登録します．その後Key-ON,F-Numberレジスタに所定の音程とタイミングでデータを書き込むことにより、発音を開始します。この時、曲に合せて適当にサスティンレジスタ、ボリュームレジスタにデータを書き込めば難なくプロセッサによる自動演奏を楽しむことかできます。備えつけの音色以外の独自の音色を楽しむ時には、先に述べた音色レジスタにデータをセットした後、音色選択レジスタを'0'にすることにより、オリジナルの音色を出すことができます。またリズム音を発音したい時には、リズムコントロールレジスタの希望音源のビットをON/OFFすることにより、リズム音を付加することができます。この場合、Key-On、F-Numberレジスタの8ch、9ch（アドレス$17，$18)は所定のデータを入力しておかねばなりません。

2-2 端子配置図

2-3 端子機能

ピン名称	I/O	機能
XIN XOUT	I O	水晶発振子(3.579545MHz)を両端子間に接続します。
D7 - D0	I/O	OPLL制御用の8ビットのデータバスです。
A₀ CS WE	I	D7 - D0のデータバスをコントロールします
		CS	WE	A₀
		0	0	0	OPLLにレジスタのアドレスを書き込みます。
		0	0	1	OPLLにレジスタの内容を書き込みます。
		0	1	0	OPLLのテストデータをD0,D1端子に出力します。通常使用しません。
		0	1	1	OPLLのデータバスはハイインピーダンスになります。
		1	x	x	OPLLのデータバスはハイインピーダンスになります。
IC	I	ロウレベル時でシステムリセットです。OPLLのレジスタの内容は全て'0'になります。
M_O R_O	O	M_Oはメロディー出力、R_Oはリズム出力です。ともにソースフォロワーで出力されます。後段に積分回路およびアンプが必要です。
V_CC	I	+5V電源端子
GND	-	接地端子

2-4 端子制御
CS・WE・A₀信号は、OPLLレジスタへのデータの書き込みや、アクセスするレジスタのアドレスを設定するためのコントロール信号として使用します。
これは、下記の4つのオペレーティング・モードの動作をします。

表2-1 モード一覧

	CS	WE	A₀
1	1	x	x	インアクティブ
2	0	0	0	アドレスライト
3	0	0	1	データライト
4	0	1	0	設定禁止

(1)インアクティブモード
CSが'1'の時は、データバス(D7-D0)はハイインピーダンスになります。

(2)アドレスライトモード
アドレスを設定する場合、アドレスライトモードにコントロール信号をセットして、データバスにアクセスしたいレジスタアドレスを設定すると、指定された内部レジスタへ、データを書き込む準備ができます。
アドレスを書いた後に、必ず音データを書く前に12クロックのウェイトが必要です。

(3) データライトモード
コントロール信号がデータライトモードにセットされた場合、データバスに設定されたデータは、指定した内部レジスタに書き込まれます。
さらに別のデータ、あるいは別のアドレスに書き込む前には、84クロックのウェイトが必要です。

(4) 設定禁止
このモードでは、データバスのデータは規定されません。

アドレス/データライトモードは下記に注意してください。

OPLLは、レジスタへアドレスやデータを連続して書き込む場合にはウェイトを必要とします。ウェイト時間はアドレスライトモードとデータライトモードで異なります。
プロセッサはOPLLが別の機能を行う前に、表2-2のウェイトを挿入してください。十分なウェイトが挿入されなかった場合、書き込まれるデータは不定となります。

表2-2 ウェイト時間

モード	ウェイト数
アドレスライト	12クロック
データライト	84クロック

2-5 チャンネルとスロット
．チャンネルとスロット　OPLLはFM音を9音（9チャンネル）発音することが可能で、1音あたり2オペレータセル持っています。ただし、オペレータセルはシステムで1つ持っているだけなので、FM9音の計算は、このオペレータセルをシリアルに18回通すことによってなされます。このオペレータセルを通す順番（スロット番号）は、レジスタ番号と対応しており、各音の発音コントロールはスロットと対応したレジスタを制御することになります。
　また、F－Numberのようなチャンネルごとのデータは2つのスロットを制御します。この2つのスロット（第1、第2スロット）の関係は、FM変調モードにした場合は、第1スロットが必ず変調波に、そして第2スロットが搬送波になります。また、第1スロットはFeedbackFMのモードにも設定できます。このモード設定については「KSL／TOTAL LEVEL／DISTORTION／FEEDBACK LEVEL」の項を参照して下さい。
　表2-3はチャンネルとスロットの関係を示します。

表2-3 チャンネルとスロット

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	スロット番号
1	2	3	1	2	3	4	5	6	4	5	6	7	8	9	7	8	9	チャンネル番号
1			2			1			2			1			2			チャンネル毎に見たときのスロット番号
20	21	22	20	21	22	23	24	25	23	24	25	26	27	28	26	27	28	チャンネル毎のデータとレジスタの関係(例:$20～$28)

※1スロットは4クロック

2-6 ブロック図

2-7 レジスタマップ

アドレス	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
00	A M	V I B	E G T Y P	K S R	MULTI				(M)	オリジナル音色レジスタ
01									(C)
02	KSL	(M)	TL(M)
03		(C)	-	DC	DM	FB
04	AR				DR				(M)
05									(C)
06	SR				RR				(M)
07									(C)
0E	-		R	BD	SD	TOM	TCY	HH		リズム　コントロール
0F	TEST									OPLLテストデータ(常時0)
10 18	F-Num. 0～7									F-Number 下位　8bit
20 28			S U S On/ Off	K E Y On/ Off	BLOCK			F- N u m 8		E-Number MMSB、オクターブ指定 Key-On/OffレジスタサスティンOn/Offレジスタ
30 38	INST				VOL					音色セレクトレジスタボリュームレジスタ
リズムモード時のレジスタマップ(Addr=$0E,D5=「1」のとき)
36					BD-VOL					リズム音ボリュームレジスタ
37	HH-VOL				DS-VOL
38	TOM-VOL				T-CY-VOL

OPLLレジスタの内容

	Address	Bit
1	00:(M) 01:(C)	7	振幅変調のOn/Off
		6	ビブラートのOn/Off
		5	持続音(=1)と減衰音(=0)の切り替え
		4	RATEのキースケール
		3-0	搬送波と変調波の周波数の制御
2	02:(M) 03:(C)	7,6	LEVELのキースケール
3	02	5-0	変調波のトータルレベル。変調指数の制御。
4	03	4:(C) 3:(M)	搬送波、変調波の歪波形（半波整流）のOn/Off
4	03	2-0	Feed back FMの帰還係数
5	04:(M) 05:(C)	7-4	アタック時のエンベロープ変化割合制御
5	04:(M) 05:(C)	3-0	ディケイ時のエンベロープ変化割合制御
6	06:(M) 07:(C)	7-4	ディケイからサスティンへ移るレベルの指示
6	06:(M) 07:(C)	3-0	リリース時のエンベロープの変化割合制御
7	0E	5	リズム音モードの選択(0=メロディーモード)
7	0E	4-0	各リズム楽器のOn/Off
8	10-18	7-0	F-Numberの下位8ビット
9	20-28	5	サスティンのOn/Off
		4	KeyのOn/Off
		3-1	オクターブ指定
		0	F-Number ビット8(MSB)
10	30-38	7-4	音色ナンバー(INST.)
10	30-38	3-0	ボリュームデータ

音色データ

INST	音色	INST	音色
0	オリジナル音色	8	オルガン
1	バイオリン	9	ホルン
2	ギター	A	シンセ
3	ピアノ	B	ハープシコード
4	フルート	C	ビブラフォン
5	クラリネット	D	シンセベース
6	オーボエ	E	ウッドベース
7	トランペット	F	エレキギター

	音色
BD	バスドラム
SD	スネアドラム
TOM	タムタム
TCY	トップシンバル
HH	ハイハット

3.動作説明
OPLLの全機能は、プロセッサからレジスタアレーへのデータの書き込みによって制御されます。この書き込まれたデータによって、楽音のエンベロープ形状や変調度、周波数および発音モードなどが決定されます。そして、このデータの組み合わせが、ピアノやバイオリンなどの音を発生させることになります。しかし、その組み合わせは非常に多く、複雑であるため、OPLLでは音色レジスタに音色ナンバー(INST)をセットすることで音を発生することが出来ます。

3-1 レジスタ
レジスタは2-7のアドレスマップで与えられる計271ビットのエリアを持っています。ここでいうアドレスとはOPLL内で各レジスタに割り当てられたサブアドレスであり、楽音データはこのサブアドレスを通してレジスタ内に書き込まれることになります。
したがって、あるデータをOPLLに格納したい場合は、まず、そのデータをしまうサブアドレスデータを送り、次に楽音データを送ります.ただし、同一サブアドレスを何度もアクセスする場合は、最初にサブアドレスデータを送るだけで、以後はアドレスデータを送ることなしに、楽音データを送って、データを更新することができます。
なお、全レジスタとも初期設定のときには｢0｣にセットされます。

3-1-1 $00/$01 AM/VIB/FG-TYP/KSR/MULTIPLE

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
AM	VIB	EG-TYP	KSR	MUL
AM	VIB	EG-TYP	KSR	2³	2²	2¹	2⁰

D3～D0 (MULTIPLE)

MUL	倍率	MUL	倍率	MUL	倍率	MUL	倍率
0	1/2	4	4	8	8	C	12
1	1	5	5	9	9	D	12
2	2	6	6	A	10	E	15
3	3	7	7	B	10	F	15

D4(KSR)

RATE=4×R+Rks

RはADSRでの設定値
Rksはキースケールオフセット値
ただし、R=0のときはRATE=0

	1		2		3		4		5		6		7		オクターブ
	1		2		3		4		5		6		7		BLOCK
1	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1	F-Num MSB
0	0	0	1	1	1	1	2	2	2	2	3	3	3	3	D4=0	Rks
1	2	3	4	5	6	7	8	9	12	11	12	13	14	15	D4=1	Rks

D5(EG-TYP)

D6(VIB)

D7(AM)

3-1-2 $02/$03 KSL/TOTAL LEVEL/DISTORTION/FEED BACK LEVEL

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
KSL		Total Level(M)
KSL		-	DC	DM	FB

$02 D5～D0(Total Level)

	D5	D4	D3	D2	D1	D0
減衰量	24	12	6	3	1.5	0.75

$02 D6～D7(KSL)

D7	D6	減衰量
0	0	0
1	0	1.5dB/OCT
0	1	3dB/OCT
1	1	6dB/OCT

F-Number OCT	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
0	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000
1	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000	0.075	1.125	1.500	1.875	2.250	2.625	3.000
2	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000	1.125	1.875	2.625	3.000	3.750	4.125	4.500	4.875	5.250	5.625	6.000
3	0.000	0.000	0.000	1.875	3.000	4.125	4.875	5.625	6.000	6.750	7.125	7.500	7.875	8.250	8.625	9.000
4	0.000	0.000	3.000	4.875	6.000	7.125	7.875	8.625	9.000	9.750	10.125	10.500	10.875	11.250	11.625	12.000
5	0.000	3.000	6.000	7.875	9.000	10.125	10.875	11.625	12.000	12.750	13.125	13.500	13.875	14.250	14.625	15.000
6	0.000	6.000	9.000	10.875	12.000	13.125	13.875	14.625	15.000	15.750	16.125	16.500	16.875	17.250	17.625	18.000
7	0.000	9.000	12.000	13.875	15.000	16.125	16.875	17.625	18.000	18.750	19.125	19.500	19.875	20.250	20.625	21.000

$03 D3(DM)

$03 D3(DC)

$03 D2-D0(FEEDBACK)

	0	1	2	3	4	5	6	7
変調度	0	π/16	π/8	π/4	π/2	π	2π	4π

3-1-3 $04/$05 ATTACK/DECAY RATE

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
AR				DR
2³	2²	2¹	2⁰	2³	2²	2¹	2⁰

3-1-4 $06/$07 SUSTAIN LEVEL/RELEASE RATE

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
SL				RR
-24dB	-12dB	-6dB	-3dB	2³	2²	2¹	2⁰

RATE		EG decay time[ms]		EG attack time[ms]
RM	RL	0dB - 40dB	10% - 90%	0dB - 40dB	10% - 90%
15	3	1.27	0.52	0.00	0.00
15	2	1.27	0.52	0.00	0.00
15	1	1.27	0.52	0.00	0.00
15	0	1.27	0.52	0.00	0.00
14	3	1.47	0.60	0.14	0.10
14	2	1.71	0.68	0.18	0.12
14	1	2.05	0.82	0.22	0.14
14	0	2.55	1.03	0.28	0.18
13	3	2.94	1.21	0.30	0.22
13	2	3.42	1.37	0.34	0.22
13	1	4.10	1.65	0.42	0.26
13	0	5.11	2.05	0.50	0.32
12	3	5.87	2.41	0.54	0.36
12	2	6.84	2.74	0.60	0.38
12	1	8.21	3.30	0.70	0.44
12	0	10.22	4.10	0.84	0.54
11	3	11.75	4.83	0.97	0.64
11	2	13.68	5.47	1.13	0.72
11	1	16.41	6.60	1.37	0.84
11	0	20.44	8.21	1.69	1.09
10	3	23.49	9.65	1.93	1.29
10	2	27.36	10.94	2.25	1.45
10	1	32.83	13.19	2.74	1.69
10	0	40.87	16.41	3.38	2.17
9	3	46.99	19.31	3.86	2.57
9	2	54.71	21.88	4.51	2.90
9	1	65.65	26.39	5.47	3.38
9	0	81.74	32.83	6.76	4.34
8	3	93.97	38.62	7.72	5.15
8	2	109.42	43.77	9.01	5.79
8	1	131.31	52.78	10.94	6.76
8	0	163.49	65.65	13.52	8.96
7	3	187.95	77.24	15.45	10.30
7	2	218.84	87.54	18.02	11.59
7	1	262.61	105.56	21.88	13.52
7	0	326.98	131.31	27.03	17.38
6	3	375.90	154.48	30.90	20.60
6	2	437.69	175.07	36.04	23.17
6	1	525.22	211.12	43.77	27.03
6	0	653.95	262.61	54.07	34.76
5	3	751.79	308.96	61.79	41.19
5	2	875.37	350.15	72.09	46.34
5	1	1050.45	422.24	87.54	54.07
5	0	1307.91	525.22	108.13	69.51
4	3	1503.58	617.91	123.58	82.39
4	2	1750.75	700.30	144.18	92.69
4	1	2100.89	844.48	175.07	108.13
4	0	2615.82	1050.45	216.27	139.03
3	3	3007.16	1235.82	247.16	164.78
3	2	3501.49	1400.60	288.36	185.37
3	1	4201.79	1688.95	350.15	216.27
3	0	5231.64	2100.89	432.54	278.06
2	3	6014.32	2471.64	494.33	329.55
2	2	7002.98	2801.19	576.72	370.75
2	1	8403.58	3377.91	700.30	432.54
2	0	10463.30	4201.79	865.08	556.12
1	3	12028.66	4943.28	988.66	659.11
1	2	14006.80	5602.39	1153.43	741.49
1	1	16807.20	6755.82	1400.60	865.08
1	0	20926.60	8403.58	1730.15	1112.24

3-1-5 $0E RHYTHM

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
-	-	RHYTHM	BD	SD	TOM	TOP-CY	HH

D5～D0 (RHYTHM)

2-5 チャンネルとスロット

楽器	スロット
DB	13、16
SD	17
TOM	15
TOP-CY	18
HH	14

アドレス	データ
$16	$20
$17	$50
$18	$C0
$26	$05
$27	$05
$28	$01

3-1-6 $0F TEST

このアドレスはLSIの内部動作をテストするときに使用しており、｢0｣以外では正常動作しません。 3-1-7 $10～$28 BLOCK/F-Number/SUS/KEY

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
F-Number
2⁷	2⁶	2⁵	2⁴	2³	2²	2¹	2⁰

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
-	-	SUS ON / OFF	KEY ON / OFF	BLOCK			F- N U M B E R
-	-	SUS ON / OFF	KEY ON / OFF	2²	2¹	2⁰	2⁸

D7～D0[$1x]、D0[$2x] (F-Number)

D3～D1 (BLOCK)

MSX-MUSICでは、MMLで指定したオクターブ-1の値が書き込まれます。したがって、MULTIPLE=1の時、実際に発音される周波数はMMLで指定したオクターブより一つ下のオクターブとなります(O5A=440Hz)

D4 (KEY ON/OFF)

D5 (SUS ON/OFF)

¹⁹

データシートでは2¹⁸となっていますが、2¹⁹の誤記と思われます。
　　　　　　　　　　　また、F-Number一覧などは入力クロック周波数3.6MHzで計算されていますが、
　　　　　　　　　　　MSXでは3.579545MHzのため、誤差が発生します

(F'に対するシフト値)

(オクターブ0の周波数で計算したΔP)

¹⁹

C～Bに制限した値

音階	周波数 (4oct)	F-Number	$20～28	$10～$18
音階	周波数 (4oct)	F-Number	D0	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
C	262.7	172	0	1	0	1	0	1	1	0	0
C#	277.2	181	0	1	0	1	1	0	1	0	1
D	293.7	192	0	1	1	0	0	0	0	0	0
D#	311.1	204	0	1	1	0	0	1	1	0	0
E	329.6	216	0	1	1	0	1	1	0	0	0
F	349.2	229	0	1	1	1	0	0	1	0	1
F#	370.0	242	0	1	1	1	1	0	0	1	0
G	392.0	257	1	0	0	0	0	0	0	0	1
G#	415.3	272	1	0	0	0	1	0	0	0	0
A	440.0	288	1	0	0	1	0	0	0	0	0
A#	466.2	305	1	0	0	1	1	0	0	0	1
B	493.9	323	1	0	1	0	0	0	0	1	1
C(O5)	523.3	343	1	0	1	0	1	0	1	1	1

設定出来る最大値を利用した値

音階	周波数 (4oct)	F-Number	$20～28	$10～$18
音階	周波数 (4oct)	F-Number	D0	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
G	392.0	257	1	0	0	0	0	0	0	0	1
G#	415.3	272	1	0	0	0	1	0	0	0	0
A	440.0	288	1	0	0	1	0	0	0	0	0
A#	466.2	305	1	0	0	1	1	0	0	0	1
B	493.9	323	1	0	1	0	0	0	0	1	1
C(O5)	523.3	343	1	0	1	0	1	0	1	1	1
C#(O5)	554.4	363	1	0	1	1	0	1	0	1	1
D(O5)	587.3	385	1	1	0	0	0	0	0	0	1
D#(O5)	622.2	408	1	1	0	0	1	1	0	0	0
E(O5)	659.3	432	1	1	0	1	1	0	0	0	0
F(O5)	698.5	458	1	1	1	0	0	1	0	1	0
F#(O5)	740.0	485	1	1	1	1	0	0	1	0	1

3-1-8 $30～$38 INSTRUMENT/VOLUME

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
INST				VOL

D7～D4 (INST)

INST	音色	INST	音色
0	オリジナル音色	8	オルガン
1	バイオリン	9	ホルン
2	ギター	A	シンセ
3	ピアノ	B	ハープシコード
4	フルート	C	ビブラフォン
5	クラリネット	D	シンセベース
6	オーボエ	E	ウッドベース
7	トランペット	F	エレキギター

D3-D0 (VOL)

D3	D2	D1	D0
-24dB	-12dB	-6dB	-3dB

	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
$36	-				BD
$36	HH				SD
$36	TOM				TCY

3-2 フェイズジェネレーター(PG)
フェイズジェネレーターは必要な周波数に応じた増分を単位時間ごとにアキュムレートして位相値を得る回路です。この増分はレジスタから送られてくる周波数情報（F-Number、BLOCK、MULTIPLE)から作成されます。さらに、ビブラート発振器を内蔵しているため、この発振器の出力と周波数情報とを組み合わせることにより、ビブラート効果を作り出します。

3-3 エンベロープジェネレーター(EG)
エンベロープジェネレーター(以下、EG)は、ATTACK、DECAY、RELEASEの各RATE、Sustain Level、Total Levelなどでコントロールされ、音色、音量の経時変化を与えます。そして、そのダイナミックレンジは48dB(分解能0.375dB)あります。EGは対数表示であり、また、減衰量で表されます。その一般的な波形は図3-2のとおりです。この波形で特徴的なのは、アタック時は指数関数的に変化し、それ以外では直線的に変化する点です。また、アタックからディケイへの切り替えは、0dBに達したときに起こり、ディケイからサスティンへは、サスティンレベルに到達したときに起こります。そして、リリースへの移行はKeyがOFFされたときに起こります。トータルレベル、レベルキースケール、振幅変調などの効果は、その設定値をEGに加えることによりエンベロープの波形を変化させます。

図3-2 OPLLのエンベロ－プ波形

3-4 オペレータ(OP)とDAコンバーター(DAC)
オペレータはFM計算を行います。オペレータは、フェイズジェネレーターからの出力を使用してSINの値を計算し、それにエンベロープジェネレーターの出力をかけ算します。その後、フィードバック変調される場合、それらはオペレータの入力に戻ります。また、全ての出力はDACにも送られます。これはフィードバック・データによってコントロールされます。
DACは、すべての音を図3-3(a)の中で示されるようにDA変換を行います。そのため、音を合計するために、積分回路をM_O、R_Oへ付加する必要があります[図3-3(b)]。また、R_Oの出力レベルは、M_Oと比較すると低いため、同じ音が2度出力されます[図3-3(c)]。
翻訳違うかも。

図3-3

4.インターフェース
OPLLは外部のCPU等によって制御され、D/Aコンバータで変換したアナログ音声信号を出力します。OPLLから音を得るためには、他の装置と接続することが必要です。本章ではそのインターフェースについて記述します。

図4-1 システムブロックダイアグラム

4-1.クロック生成
OPLLのクロック周波数は2～4MHzで動作します。振幅変調、ビブラート周期、アタック・ディケイの速度は、3.6MHz(3.579545MHz)を標準としています。したがって、このLSIを使用する時は、(カラーバースト信号用の)水晶発振器をXin/Xoutに使用することで低コスト化が可能です。

4-2.オーディオ出力
OPLLの音声出力は、以前に記述されるようなパルス信号のため、外付けの積分回路が必要です。この積分回路の出力(またバッファー)は、オーディオ・アンプに直接接続されるでしょう。また、積分回路とアンプの間に低域フィルター(遮断周波数: 20kHz程度)を挿入することにより、ステップノイズを削除することができ、高音質化が計れます。電源ON/OFF時にノイズが発生するため、オーディオ機器(アンプやスピーカー)を保護する回路が必要です。

図4-2 オーディーインターフェース

4-3.プロセッサ接続
OPLLのD0～D7は、プロセッサに接続する双方向バスです。OPLLはプロセッサからアドレスを受け、データ受け渡します。バス制御信号のCS、WEおよびA₀は、データの転送をコントロールします。OPLL、メモリおよびプロセッサだけの最小構成でFM音源システムを構築することができます。

図4-3 プロセッサインターフェース

5.OPLLでの楽音の作り方
この章では、OPLLのオリジナル音色レジスタに、どのような値を入力すると、ピアノやブラスなどの楽音を作ることができるかを説明します。

5-1.音作りの考え方
FM方式での音作りの基本は、まず作りたい楽器の特徴をよく理解することです。例えば、ピアノであれば、鍵盤を押したときに、鋭い音の立ち上がりがあり、その後、押鍵を続けていれば、徐々に音が消えて行くエンベロープを持っています。また、倍音の構成も立ち上がり時に多く、時が経つに連れて倍音の数は少なくなり、一定の倍音構成に近づいて行きます。
以上のような特徴をつかんだ後、FMの式でいかにして実現するかを考えます。エンベロープの特徴から出力振幅を、そして倍音構成から変調指数を決めることができます。また、倍音の構成はオペレータの周波数も関与していますから、周波数比もある程度決めることができます。このように、各楽音の特徴からFMの各パラメータをおおまかに決め、その次に音を聞きながら細部をつめてゆくようにすれば、望みどおりの音色を得ることができます。

5-2.音作りの基本
FM音源とは、モジュレータによってキャリアを変調することから生じる効果を利用したものです。したがって、FMの基本式パラメータ(キャリアの出力レベル、モジュレータの出力レベル、モジュレータのフイードバックレベル、キャリアの周波数、モジュレータの周波数)を上手に扱うことにより、各楽音のピッチ、音色、音量のすべてを決めることができます。このFMの各パラメータとOPLLのパラメータとの関係は、表5-1のとおりです。

表5-1 OPLLの音作りの基本

項目	関与するパラメータ	MIN←(音の変化)→MAX
キャリアの出力レベル	TOTAL LEVEL (A/D/S/Rの各データ、KeyScaleデータ)	音量小←→音量大
モジュレータの出力レベル	TOTAL LEVEL (A/D/S/Rの各データ、KeyScaleデータ)	丸い音色←→明るい音色
モジュレータのフイードバックレベル	FB	普通の音色←→鋭い音色(Noise)
キャリアの周波数	MULTIPLE (BLOCK/F-Number)	ピッチ低←→ピッチ高
モジュレータの周波数	MULTIPLE (BLOCK/F-Number)	近い倍音←→離れた倍音

5-3.音作りの例
(A).エレクトリックピアノ
(i).オペレータの周波数の決定
整数倍の高調波をすべて出すために、2つのオペレータともにMULTIPLEは｢1｣を使います。
(増加は整数倍数によります。)

(ii).オペレータの出力レベル
今度はモジュレータの出力を変更して音色を調整します。このとき、オペレータ1のレベルを決めるときには、低音部がまずピアノらしいリッチな高調波を得られるように設定し、それから高音にかけての変化はオペレータ1のレベルスケーリングで調整します。高音部ではほとんど正弦波になる位までレベルスケーリングをする必要があります。

(iii).EGの設定
ここでは音量と音色のエンベロープを決めます。まず、オペレータ2はアタックを鋭く、しかもある程度長く伸びるエンベロープにします(これは程度を変えさせることができます)。モジュレータになるオペレータ1では立ち上がりだけ倍音が多く、あとは一定にして音色変化はさせません。音量調整としてオペレータ2についてもキースケーリングをかけます。また、高音部にかけて音のシャープさを出すためには、RATEのスケーリングを行うとよいでしょう。

(iv).データの再調整
以上で音作りはほぼ終了ですが、EGなどのセッティングにより音色が幾分違ったものになってきます。この場合、オペレータの出力レベルやフイードパックレベルを再調整して、最終的な音に仕立てます。例えば、金属的な響きが強すぎると思われる場合には、オペレータ1のレベルを下げます。

(v).エフェクト付け
最後にエレクトリックピアノの音をより生かすために、トレモロ効果をLFOによって付加します。これは内蔵の振層変調の機能を利用してもよいですし、ソフトウェアでTOTAL LEVELの値を2～6Hzの周期で更新(三角波で可)することも可能です。

(B).トランペット
(i).オペレータ出力
モジュレータであるオペレータ1のトータルレベルは$1O～$28程度の控えめな値にし、フイードバックレベルはブライトな響きを出すために最大の｢7｣にします。

(ii).オペレータの周波数
基本的には、両方のオペレータ共に1倍にセットすればよいでしょう。

(iii).EG
2つのオペレータとも、ゆっくりとしたアタック音にします。そしてブラスのサウンドではモジュレータのアタックはすべてキャリアよりも遅くします。｢プァン｣というブラス特有のアタックを表現するのに必要なことです。

(iv).キースケーリング
ゆっくりとした立ち上がりにエンベロープをセットしたため、高音部でハギレが悪くなります。このため、速いパッセージを弾いたときに不自然にならないように、レイトスケーリングを少しかけます。

(v).LFO
ブラスはどんな上手なプレーヤーが吹いても、ロングトーンの場合にはピッチがほんの少し揺れてきます。これを表現するためにビブラート効果を加えます。

5-4.リズム音について
リズム音は7、8、9のチャンネルを使って作られます。この3チャンネル6スロットで計5音のリズム音を作るわけですが、バスドラム(BD)のみは2スロットでFM音を作ります。ここでは、残りの4音(ハイハット、トップシンバル、タム、スネアドラム)について説明します。
OPLLには、リズム楽器のためにホワイトノイズジェネレータと数種の周波数を合成して得られるノイズ発振器があります。このノイズ発振器は8チャンネルと9チャンネルの周波数情報(BLOCK、F-Number、MULTIPLE)より作られ、ホワイトノイズと合成することにより各リズム楽器に適した位相出力を発生して、オペレータに渡します。つまり、ここでは2つの周波数情報から4つの楽器の位相を作っていることになります。
なお、2つの設定周波数は経験的に3:1(F8CH=3×F9CH)が良いとされています。これで、各楽器の位相データが得られたことより、この出力にエンベロープの情報を掛け合わせます。エンベロープは1スロットに1リズム楽器と設定されているため、メロディー楽器同様各リズム楽器の特徴をつかんだ値が音色ROMにセットされています。

6.電気的特性
1.絶対最大定格

項目	定格値	単位
端子電圧	-0.3～7.0	V
動作周囲温度	0～70	℃
保存温度	-50～125	℃

2.推奨動作条件

項目	記号	最小	標準	最大	単位
電源電圧	V_CC	4.75	5	5.25	V
電源電圧	GND	0	0	0	V

3.直流特性

項目		記号	条件	最小	標準	最大	単位
入力Hレベル電圧	全入力	V_IH		2.0		V_CC	V
入力Lレベル電圧	全入力	V_IL		-0.3		0.8	V
入力リーク電流	A₀,WE	I_LI	V_I=0～5V	-10		10	μA
出力リーク電流	D₀～D₇	I_LO	V_I=0～5V	-10		10	μA
アナログ出力電圧振幅	M_O	V_MOA	負荷抵抗＝2.2K			1.6	V
アナログ出力電圧振幅	R_O	V_ROA	負荷抵抗＝2.2K			1.6	V
プルアップ抵抗	IC,CS	RU		100			kΩ
入力容量	全入力	C_I				10	pF
出力容量	全出力	C_O				10	pF
電源電流		I_CC			5	10	mA

4.交流特性

項目		記号	条件	最小	標準	最大	単位
アドレスセットアップ時間	A₀	tAS	図A-1	10			ns
アドレスホールド時間	A₀	tAH	図A-1	10			ns
チップセレクトライト幅	CS	tCSW	図A-1	80			ns
ライトパルスライト幅	WE	tWW	図A-1	110			ns
ライトパルスセットアップ時間	WE	tWS	図A-1	30			ns
ライトデータセットアップ時間	D₀～D₇	tWDS	図A-1	10			ns
ライトデータホールド時間	D₀～D₇	tWDH	図A-1	25			ns
リセットパルス幅	IC	tICW	図A-2		80		clock

5.DAC特性

項目		記号	条件	最小	標準	最大	単位
最大出力振幅	R_O,M_O	Vout	図4-2		2/5 V_CC		V
分解能	R_O,M_O		図4-2		9		Bit
ノイズ	R_O,M_O		図4-2		-65		dB

注：ノイズレベルは、ボリュームレベルに相当する

7.タイミング図
注：タイミングの設定はV_IH=2.0V,V_IL=0.8Vを基準とする。

図A-1 ライトタイミング

tWDS > 10ns : tCSW < tφM × 7
tWDS > 10 + tCSW + tφM × 7ns
　　　: tCSW < tφM × 7

注：tCSW,tWW,tWDHは、CS,WEのいずれかがHレベルになった時を基準とする。

図A-2 リセットパルス

8.パッケージ外形図
データシートP8参照

感想、要望、バグ報告、その他何かありましたら、メールもしくは掲示板にてご連絡ください。

裕之　　

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