ベルラボ・ディジタルシンセサイザー

ベル研究所の実験的デジタルシンセサイザー「アレス・マシーン」

ベル研究所のハル・アレスによって1970年代に開発された「ベルラボ・ディジタルシンセサイザー」、通称「アレス・マシーン」または「アリス」は、実験的な加算合成シンセサイザーです。72個のコンピューター制御式オシレーターを搭載し、加算合成方式を用いて複数の楽音を合成することができました。これは、ベル研究所における初期の実験的シンセサイザー開発の成果を受け継ぎ、「最初の真のデジタル加算合成シンセサイザー」と称されています。

アレス・マシーンの概要

アレス・マシーンは、以下の3つの主要な構成要素から成ります。

LSI-11マイクロコンピュータ: DEC製のLSI-11マイクロプロセッサを搭載した汎用コンピューティングシステム。
プログラマブル・サウンドジェネレーター: 音声合成を担当。
多種多様な入力デバイス群: 演奏者の操作を受け付けるインターフェース。

システム全体は大型の一体型ユニットに収められ、その重量は約136kgに達しました。設計者はこれを「ポータブル」と表現しましたが、実用的には移動が困難なシステムでした。

LSI-11マイクロコンピュータ

LSI-11マイクロコンピュータは、システムの中核を担う汎用コンピューティングシステムであり、以下の要素を含んでいました。

2基のヒースキット製8インチフロッピーディスクドライブ
AT&Tカラービデオターミナル
64kワードのマッピング可能メモリー（ルックアップテーブルやI/Oバッファ用）
256入力の7bit@250HzのADコンバータ（入力デバイス用）

入力デバイス群

アレス・マシーンの入力デバイスは、演奏者が音を制御するためのインターフェースとして機能しました。具体的な構成は以下の通りです。

61鍵ピアノキーボード × 2段
三軸アナログジョイスティック × 4本
72要素スライダーバンク
各種スイッチ類

これらの入力デバイスとシンセサイザーのパラメータは、プログラム制御によって任意に割り当てることができました。コントローラーからの入力データは、マイクロコンピュータ上のプログラムによってパラメータにマッピングされ、最終的にサウンドジェネレーターに送信されました。ただし、制御帯域幅には制限があり、パラメータ変更が毎秒約1000回を超えると、CPUとフロッピーディスクが過負荷になるという制約がありました。この制限下でも、毎秒約100音の複雑なノートを発音できる設計でした。

サウンドジェネレータ

サウンドジェネレータは、アレス・マシーンの音響合成の要です。このセクションは、以下の要素で構成されていました。

第1のオシレータ・バンク: 32個のマスターオシレータで構成され、各楽音の基本周波数信号を生成します。これにより、最大32音の同時発音が可能でした。
第2のオシレータ・バンク: 32個のスレーブオシレータで構成され、第1バンクの各マスターオシレータに追従して高調波を生成します。
プログラマブルフィルター: 32個のフィルターが搭載され、音色の調整に使用されました。
振幅乗算器: 32個の乗算器で、各オシレーターの振幅を制御します。
エンベロープジェネレータ: 256個のエンベロープジェネレータで、音の動的な変化を制御しました。
* 加算器: 192個の加算器バンクで、これらの信号を任意に相互接続し、4系統の16bit出力チャンネルのいずれかに送ります。

これらの信号は、DAコンバータを通じて出力されました。

実装の詳細

システム全体は、約1,400個の集積回路で構成されていました。波形生成には、64kWord ROMベースのルックアップテーブルを使用し、任意の時刻の振幅をテーブルから参照することで、リアルタイムに波形が生成されました。このルックアップテーブルの利用は、計算量を削減するための工夫でした。システム全体は、255個のタイマーとイベント処理用の16個のキューによって制御され、コントローラーはイベントをキューに投げ込み、キュー内のイベントはタイムスタンプ順にソートされ、サウンドジェネレーターに送信されました。

アレス・マシーンの影響と派生モデル

アレス・マシーンは、その先進的な設計で業界に大きな影響を与えましたが、製造コストが非常に高かったため、一般のミュージシャンが手軽に入手できるようになるまで時間がかかりました。しかし、その設計思想は、後続のシンセサイザー製品に受け継がれました。

Crumar GDS (1980)

アレス・マシーンの再パッケージ化を目的として、Music TechnologiesとイタリアのCrumar社が提携し、Digital Keyboards Inc. (DKI)が設立されました。その結果、生まれたのが2ユニット構成の「Crumar General Development System (GDS)」です。Z80ベースのマイクロコンピュータとディスクドライブを搭載したユニットと、キーボードと入力スライダーを備えたユニットから構成されています。GDSは1980年に3万ドルで発売され、安定したパフォーマンスを必要とするスタジオに導入されました。ウェンディ・カルロスはこのシステムを愛用し、映画「トロン」のサウンドトラックに使用しました。

DKI Synergy (1981)

1981年に発売された「Synergy」は、GDSの基本コンセプトを受け継ぎつつ、コンピュータ部を取り除き、77鍵キーボード筐体にシステム全体を統合した製品です。同時期には、Con Brio ADS 200というアディティブシンセサイザーも登場しましたが、Synergyはある程度の市場シェアを獲得しました。しかし、1983年に登場したYamaha DX7は、FMシンセシスという新しい技術を導入し、アディティブシンセシスと同様な音色制御を、より少ないオシレーターで実現しました。DX7の2000ドルという価格は、市場を席巻し、アディティブシンセサイザーの競争力を奪いました。その結果、1985年にSynergyの生産は終了しました。

Mulogix Slave 32 (1985)

Digital Keyboards Inc.のチーフデザイナーであったMercer Stockellは、会社閉鎖後にMulogix社を設立し、「Mulogix Slave 32」を開発しました。これはSynergyを2つのラックマウントモジュールに再パッケージし、MIDIインターフェースを追加した製品です。SynergyのEPROMカートリッジの読み書きも可能でした。

Atari AMY 1 サウンドチップ (1984)

Atari社は、アレス・マシーンの1チップ化を目指し、「プロジェクトGAZA」を立ち上げ、1984年に「AMY 1」チップを開発しました。このチップは、64個のオシレーターとゲーム効果音用のノイズジェネレーターを搭載していました。しかし、AMY 1チップは製品化されることはなく、Atari社は訴訟をちらつかせ、サードパーティが低価格なシンセサイザーを開発する試みを阻止しました。

まとめ

アレス・マシーンは、その革新的な設計思想とデジタル加算合成の可能性を示した初期のシンセサイザーであり、後続のシンセサイザー開発に多大な影響を与えました。その設計は、多くの派生モデルを生み出し、現在のシンセサイザー技術の基礎を築いたと言えるでしょう。

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