ソフトシンセの作り方(7) - VGS-SAL

VGSのソフトシンセ（波形メモリ音源）の開発で得られた知見を元に、PCやスマートフォンで動くソフトシンセの作り方を解説していきます。一冊の本が書ける程度の分量なので、幾つかのパートに区切って解説していきます。このシリーズを一通り読めば、サウンドプログラミングについて全くの素人でも、PCやスマホなどのプラットフォームで動くオリジナルのソフトシンセが作れる程度になります（たぶん）

なお、このシリーズで扱うプログラミングの例題のビルドには、パソコンが必要です。OSは私が使っているMac OS X向けに解説を記述しますが、Linux（※ALSAに対応しているもの）やWindowsでも問題ありません。

今回は、VGS-SALについて解説します。

VGS-SAL

前回の記事で紹介した低レベルAPIのひとつひとつを解説すると、それだけで膨大な量の解説が必要になってしまいます。そこで、低レベルを直接叩くのではなく、VGSのSAL（Sound Abstraction Layout）を利用することにします。

VGS-SALは、Windows（DirectSound）、Linux（ALSA）、Mac、iOS、Androidの低レベルAPIを抽象化したものです。これを用いることで、全OS共通実装で「波形直書き」の実装ができます。

sal-sample

vgs2リポジトリの sample/sal-sample ディレクトリにVGS-SALを用いたサンプルプログラムが格納されています。
このサンプルプログラムでは、VGS-SALを用いて440Hzのサイン波を鳴らし続けます。
サンプルプログラムは、ターミナルで以下のコマンドを実行すれば、ビルドできます。

$ cd ~/vgs2/sample/sal-sample/ && make

sample/sal-sample ディレクトリに格納されている makefile と saltest.c を見てみましょう。

(1)makefile

• saltest.cをビルドする手続きが書かれています

(2)初期化: init_sound_cli

• SALの初期化をします
• cliとは Command Line Interface（コマンド） の略です
• Windowsの場合、GUI用の初期化処理が別にありますが、その点についての解説は省略します
• UNIX系OSの場合、CLI用とGUI用の間に違いはありません

(3)終了: term_sound

• SALが用いているシステムリソースを解放します
• かならずプログラムの最後で呼び出すようにしてください

(4)バッファリング: sndbuf

• 一定間隔毎にSALからコールバックされるバッファリング処理です
• C++で実装する場合は、必ず extern "C" で宣言するようにしてください
• 引数 buf : 波形情報を格納するバッファです
• 引数 size : 波形情報を格納すべきサイズです
• buf の内容を変更する処理は、必ず lock() 〜 unlock() で囲まなければなりません
• 上記サンプルでは、440Hzのサイン音 が鳴り続けることになります

(5)バッファリング処理の内容

sndbuf の lock() 〜 unlock() で囲まれた範囲（バッファリング処理）の実装内容をもう少しブレイクダウンして見ていきましょう。

1行目: for(i=0; i < size16; i++, ptr++) {

2行目:    *ptr = (short)(sin(r) * 16384);

3行目:    r += PI2 / (22050 / 440); /* 440Hz */

4行目: }

1行目

• size16 は 引数buf (8bit array) を 16bit array とした時の長さです
• そして、i = 0 〜 size16-1 の間、ptr をインクリメントしながらループすることになります
• ptr は 引数buf を 16bit array にしたものです
• ptr のインクリメントとは、__サンプリング周期のインクリメント（+1Hz）と等価ですね

2行目

• sin(r) を 16384倍 にした数値を ptr に代入しています
• sin関数 の戻り値は -1.0 〜 1.0 の範囲の実数です
• なので、ptr に代入している値は -16384 〜 16384 の範囲の値です
• つまり、この 16384 というマジックナンバーは 鳴らす音の大きさ を意味しています
• 16bitは -32768 〜 32767 の範囲の数値なので、限界音量の 約50% がこのプログラムで鳴らす音の最大音量となります

3行目

• r を 2π ÷ ( 22050 ÷ 440 ) で加算しています
• r は スタティック変数 なので、関数が return しても値が維持され続けます
• そのため、sndbuf が呼び出され続けると 440Hz のサイン波 が発音され続けることになります

追記

umm...

ここから先はコードベースの解説が多くなるのですが、bloggerだと結構辛いので、GitBook辺りを使ってイチから書き直すか。