FM音源とは何か、ジョン・チョウニングの発見とヤマハDX7が拓いた表現力

FM音源の発明の経緯

FM音源、つまり周波数変調シンセシスは、1967年にスタンフォード大学のジョン・チョウニング博士によって発見されたアルゴリズムに基づいている。この発見は、その後の音楽制作や音楽機器の発展に大きな影響を与えることとなった。

チョウニング博士は、可聴周波数帯域で周波数変調をかけることで、従来の音楽制作におけるビブラートのような音程変化ではなく、音色そのものが変化することに気づいた。これは従来の音色生成方式に対する革新であり、これにより音楽表現の幅が大きく広がった。

チョウニング博士の発見に基づく特許はスタンフォード大学が保有し、当初は米国のオルガンメーカーであるハモンドやウーリッツァーに技術供与を持ちかけたが、それらの企業は将来性を見抜けず、断ることとなった。この時点ではFM音源の可能性を理解する人は少なかった。

ヤマハとの出会い

1973年、ヤマハの技術者である石村和清氏がチョウニング博士のもとを訪れ、FM音源技術の可能性にいち早く着目した。ヤマハはスタンフォード大学から特許のライセンスを受け、その後の展開に繋がることとなった。ヤマハの公式発表によれば、ライセンス契約は1975年に締結された。

ヤマハはチョウニング博士の基本特許をもとに独自の演算アルゴリズムを改良し、フィードバックFMなどの技術を加え、幅広い楽器音をカバーできるようにした。そして、この技術をLSI化し、量産することに成功した。

FM音源の仕組み

FM音源の基本的な仕組みは、正弦波を生成する「オペレータ」と呼ばれる回路が複数組み合わさることで音が作られる。出力側のオペレータを「キャリア」と呼び、それを変調する側を「モジュレータ」と呼ぶ。モジュレータの周波数でキャリアを高速に変調すると、キャリア周波数の周囲にモジュレータ周波数の整数倍間隔で側波帯（サイドバンド）が生じ、複雑な倍音構成を生み出す。

さらに、オペレータ同士の接続方法、すなわちどれがキャリアかどれがモジュレータか、また直列か並列かを決定する方法を「アルゴリズム」と呼ぶ。代表的なシンセサイザーであるDX7は、6つのオペレータを備え、32種類のアルゴリズムから音色の骨格を選ぶことができる。

音色の表現力

FM音源は、キャリアだけでなくモジュレータにも独立したエンベロープ（音量変化）を設定できるため、時間の経過とともに倍音構成が変化する音色を作ることができる。この特性により、金属的な響きやベルの音、エレクトリックピアノの音色など、従来の減算合成方式（アナログシンセサイザー）では出しにくかった音色を、少ないパラメータで生成することが可能となった。

しかし、FM音源はそのアルゴリズムやパラメータの相互関係が直感的でなく、DX7は「プログラムが難しい」と評された。その一方で、豊富なプリセット音色が1980年代の数多くのヒット曲で使用され、中でもDX7のエレクトリックピアノ音は代表的な音色の一つとして知られている。

音楽への影響とゲーム音楽への応用

FM音源はまた、家庭用ゲーム機にも採用されている。特に、セガのメガドライブに搭載された「YM2612」（4オペレータのFM音源チップ）は、当時のゲーム音楽の音づくりに大きな影響を与えた。これにより、ゲーム音楽の表現力が飛躍的に向上した。

特許の失効とその後

FM音源の特許は1990年代半ばに失効し、それ以降は誰でもこの方式を自由に利用できるようになった。この特許はスタンフォード大学にとって、10年以上にわたり最も収益性の高い特許の一つとなり、失効までに得たライセンス収入は2000万ドルに上ったとされる。

FM音源はその革新的な特性をもって、音楽の制作過程や楽しみ方に革命をもたらした。音楽制作における多様性を広げ、特に1980年代から1990年代にかけての音楽シーンに深い痕跡を残している。現代においてもその影響は色濃く、FM音源の音色は新しい音楽にも受け継がれている。

このように、FM音源は単なる音色生成技術以上のものであり、音楽の表現手段としての重要性を持つことが明らかである。今日では様々なデジタル音源技術が存在するが、FM音源の持つ独特の響きと表現力は、多くの音楽愛好者や制作関係者にとって、今もなお魅力的な要素として残り続けている。