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GBA音源単語

ジービーエーオンゲン

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GBA音源とは、任天堂ゲームボーイアドバンスに内蔵されている音のことである。
GBA音源を意識した(あるいは実機の)音を使って作成した音楽チップチューン(chiptune)のジャンルに入る。
Chiptune

実機で演奏する場合は販のフラッシュカートリッジなどを使用し自作系のソフトウェアを利用するか、ゲーム音楽改造して利用することになると思われる(未詳)。

GBA音源の音色

音色・チャンネル数は以下のとおり。

音色 チャンネル ピコカキコでの表記
矩形波
(duty:12.5% 25% 50% 75%
2 @5@w1 /* 12.5% */
@5@w2 /* 25% */
@5@w4 /* 50% */
@5@w6 /* 75% */
波形メモリ 1 @10-x #WAV10 x,xxx…
@13-x #WAV13 x,xxxxxx
ノイズ
(長周期・短周期)
1 @11 /* 長周期 */
@12 /* 短周期 */
PCM 2 @13-x #WAV13 x,xxxxxx
@9-x #WAV9 x,xx,xxx…
など

また、GBA音源はステレオになっており、これらのチャンネルは、音を3段階(左・中・右)に振ることができる。

FlMML仕様上、ピコカキコでのGBA音源再現はほぼ可…だと思われる。

 

GBA内蔵音源の詳細

ゲームボーイアドバンスに内蔵されている音は、従来のゲームボーイ互換の矩形波(2ch)・波形メモリ(1ch)・ノイズ(1ch)とGBAで追加されたPCM(2ch)である。FC音源とは似てるし、似てない。どちらかと言うとSFCに近いかも知れないし、そうでもないかも知れない。

以下、GB音源の記事などを参考に詳細を記述。

レジスタ一覧表

R:読み込み W:書き込み oは可で、xは不可能、「ビット」は上段が上位(MSB)で下段が下位(LSB)バイトです。

アドレス 読書 ビット 説明
$4000060
SG10_L
R:xxxxxxxx_xooooooo
W:xxxxxxxx_xooooooo
XXXXXXXX
_XSSSHRRR
矩形波1 制御レジスタスイープ)
R:周波数変更量
 ・カウント満了時に、どのくらい周波数を変更するか
 ・値が小さいほど変化が大きい
 ・0だと変化
H:周波数変更方向
 ・0:上がっていく 1:下がっていく
S:周波数変更タイマカウント数
 ・値が小さいほど周波数変更頻度が高い
X:未使用
$4000062
SG10_H
R:oooooooo_ooxxxxxx
W:oooooooo_oooooooo
VVVVDCCC
_DDLLLLLL
矩形波1 制御レジスタ(音量・音色・長さ)
L:長さカウント値
 ・値が大きいほど長さが短い

D:Duty
 ・00:12.5% 01:25% 10:50% 11:75%
C:エンベロープ速度
 ・値が小さいほど変化が速くなる
 ・0だと変化

D:音量変更方向
 ・0:小さくなっていく 1:大きくなっていく
V:エンベロープ初期音量
 ・エンベロープ開始時の音量の
 ・キーオン中にここだけ変えても、設定通りの音量にならない
$4000064
SG11
R:xoxxxxxx_xxxxxxxx
W:ooxxxooo_oooooooo
OCXXXFFF
_FFFFFFFF
矩形波 制御レジスタ(周波数・長さ・キーオン
F:周波数
 ・値が大きいほど高音になる
X:未使用
C:長さカウンタ有効フラグ(1:有効 0:効)
Oキーオンフラグ
 ・このビットを立たせることで、キーオン(音を鳴らす)できる。
$4000068
SG20
R:oooooooo_ooxxxxxx
W:oooooooo_oooooooo
VVVVDCCC
_DDLLLLLL
矩形波2 制御レジスタ(音量・音色・長さ)
L:長さカウント値
 ・値が大きいほど長さが短い

D:Duty
 ・00:12.5% 01:25% 10:50% 11:75%
C:エンベロープ速度
 ・値が小さいほど変化が速くなる
 ・0だと変化

D:音量変更方向
 ・0:小さくなっていく 1:大きくなっていく
V:エンベロープ初期音量
 ・エンベロープ開始時の音量の
 ・キーオン中にここだけ変えても、設定通りの音量にならない
$400006C
SG21
R:xoxxxxxx_xxxxxxxx
W:ooxxxooo_oooooooo
OCXXXFFF
_FFFFFFFF
矩形波2 制御レジスタ(周波数・長さ・キーオン
F:周波数
 ・値が大きいほど高音になる
X:未使用
C:長さカウンタ有効フラグ(1:有効 0:効)
Oキーオンフラグ
 ・このビットを立たせることで、キーオン(音を鳴らす)できる。
$4000070
SG30_L
R:xxxxxxxx_oooxxxxx
W:xxxxxxxx_oooxxxxx
XXXXXXXX
_OBSXXXXX
波形メモリ 制御レジスタ(波形再生)
X:未使用
S波形メモリチャンネルサンプル数
 ・0:32サンプル 1:64サンプル

B波形メモリ再生バンク選択
 ・波形メモリ読み書きは選択していないバンクが対となる
 ・64サンプルを選択中にキーオンまたはキーオン中に
  バンク切り替えを行うと、ここで定したバンクが先に鳴る。
O波形メモリチャンネル有効フラグ(0:効 1:有効)
 ・0だと、音が鳴らない。
$4000072
SG30_H
R:oooxxxxx_xxxxxxxx
W:oooxxxxx_oooooooo
VVVXXXXX
_LLLLLLLL
波形メモリ 制御レジスタ(音量・長さ)
L:長さカウント値
 ・値が大きいほど長さが短い
X:未使用
V:音量
 ・000:ミュート 001:100% 010:50% 011:25%
 ・100-111:75%
$4000074
SG31
R:xoxxxxxx_xxxxxxxx
W:ooxxxooo_oooooooo
OCXXXFFF
_FFFFFFFF
波形メモリ 制御レジスタ(周波数・長さ・キーオン
F:周波数
 ・値が大きいほど高音になる
X:未使用
C:長さカウンタ有効フラグ(1:有効 0:効)
Oキーオンフラグ
 ・このビットを立たせることで、キーオン(音を鳴らす)できる。
$4000078
SG40
R:oooooooo_xxxxxxxx
W:oooooooo_xxoooooo
VVVVDCCC
_XXLLLLLL
ノイズ 制御レジスタ(音量・長さ)
L:長さカウント値
 ・値が大きいほど長さが短い

X:未使用
C:エンベロープ速度
 ・値が小さいほど変化が速くなる
 ・0だと変化

D:音量変更方向
 ・0:小さくなっていく 1:大きくなっていく
V:エンベロープ初期音量
 ・エンベロープ開始時の音量の
 ・キーオン中にここだけ変えても、設定通りの音量にならない
$400007C
SG41
R:xoxxxxxx_oooooooo
W:ooxxxxxx_oooooooo
OCXXXXXX
_OOOORFFF
ノイズ 制御レジスタ(周波数・長さ・キーオン
Fノイズ周波数1(カウント定)
 ・値が小さいほど周波数が高くなる
 ・実際に出される周波数(Hz)は、
     524288÷O÷2^(F+1)
   で計算することができる。
  (オクターブ定が 0 の場合 O=0.5 に置き換える)
R:長周期/短周期
 ・0で長周期
Oノイズ周波数2(オクターブ定)
 ・値が小さいほど周波数が高くなる
 ・値が1増えるごとに、周波数は1/2,1/4,1/8…していく

X:未使用
C:長さカウンタ有効フラグ(1:有効 0:効)
Oキーオンフラグ
 ・このビットを立たせることで、キーオン(音を鳴らす)できる。
$4000080
SGCNT0_L
R:oooooooo_xoooxooo
W:oooooooo_xoooxooo
NW21NW21
_XLLLXRRR
ゲームボーイ互換チャンネル制御レジスタ
R:右音量
L:左音量
 ・値が大きいほど音量が大きい
 ・実機ではこの値を0にしても無音にはならない。
X:未使用
1:矩形波1-右出 有効フラグ (1:ON 0:OFF

2:矩形波2-右出 有効フラグ (1:ON 0:OFF

W波形メモリ-右出 有効フラグ (1:ON 0:OFF

Nノイズ-右出 有効フラグ (1:ON 0:OFF

1:矩形波1-左出 有効フラグ (1:ON 0:OFF
2:矩形波2-左出 有効フラグ (1:ON 0:OFF
W波形メモリ-左出 有効フラグ (1:ON 0:OFF
Nノイズ-左出 有効フラグ (1:ON 0:OFF
$4000082
SGCNT0_H
R:oooooooo_xxxxoooo
W:oooooooo_xxxxoooo
FTLRFTLR
_XXXXBAVV
サウンド制御レジスタ
Vゲームボーイ互換チャンネル音量
 ・00:25% 01:50% 10:100% 11:使用禁止
APCM A 音量
 ・0:50% 1:100%
BPCM B 音量
 ・0:50% 1:100%
X:未使用
RPCM A 右出 有効フラグ (1:ON 0:OFF

LPCM A 左出 有効フラグ (1:ON 0:OFF

TPCM A タイマー選択 (1:タイマー1 0:タイマー0)

FPCM A FIFO リセット (1:リセット

RPCM B 右出 有効フラグ (1:ON 0:OFF

LPCM B 左出 有効フラグ (1:ON 0:OFF

TPCM B タイマー選択 (1:タイマー1 0:タイマー0)

FPCM B FIFO リセット (1:リセット
$4000084
SGCNT1
R:xxxxxxxx_oxxxoooo
W:xxxxxxxx_oxxxxxxx
XXXXXXXX
_SXXXNW21
チャンネルステータス/サウンド有効フラグレジスタ
1:矩形波1 ステータスフラグ (1:ON 0:OFF
2:矩形波2 ステータスフラグ (1:ON 0:OFF

W波形メモリ ステータスフラグ (1:ON 0:OFF

Nノイズ ステータスフラグ (1:ON 0:OFF

S:全サウンド有効フラグ (1:ON 0:OFF
$4000088
SGBIAS
R:ooxxxxoo_oooooooo
W:ooxxxxoo_oooooooo
RRXXXXBB
_BBBBBBBB
サウンドPWMコントロール
Bバイアスレベル
 ・通常は変更する必要なし (初期値:200h)
X:未使用
Rサンプリングレート
 ・00: 9bit/ 32768Hz (デフォルトPCMに最適)
  01: 8bit/ 65536Hz
  10: 7bit/131072Hz
  11: 6bit/262144Hz (GB互換チャンネルに最適)
$4000090
-$400009F
R:oooooooo_oooooooo
W:oooooooo_oooooooo
WWWWWWWW
_WWWWWWWW
波形メモリデータ
W:波形データ (符号し4bit)
 ・1バイトMSB→LSB
  2バイトMSB→LSB→・・・と続く
 ・読み書きは再生が行われてない方のバンクへ行われる
$40000A0
SIGFIFOA_L
R:xxxxxxxx_xxxxxxxx
W:oooooooo_oooooooo
11111111
_00000000
PCM A FIFO レジスタ(下位)
0データ0 (符号付き8bit)
1データ1 (符号付き8bit)
 ・通常はタイマー0または1とDMA1を利用して転送を行う。
$40000A2
SIGFIFOA_H
R:xxxxxxxx_xxxxxxxx
W:oooooooo_oooooooo
33333333
_22222222
PCM A FIFO レジスタ(上位)
2データ2 (符号付き8bit)
3データ3 (符号付き8bit)
 ・通常はタイマー0または1とDMA1を利用し転送を行う。
$40000A4
SIGFIFOB_L
R:xxxxxxxx_xxxxxxxx
W:oooooooo_oooooooo
11111111
_00000000
PCM B FIFO レジスタ(下位)
0データ0 (符号付き8bit)
1データ1 (符号付き8bit)
 ・通常はタイマー1または0とDMA2を利用して転送を行う。
$40000A6
SIGFIFOB_H
R:xxxxxxxx_xxxxxxxx
W:oooooooo_oooooooo
33333333
_22222222
PCM B FIFO レジスタ(上位)
2データ2 (符号付き8bit)
3データ3 (符号付き8bit)
 ・通常はタイマー1または0とDMA2を利用し転送を行う。

アドレス 読書 ビット 説明
$40000BC
DM1SAD_L
$40000C8
DM2SAD_L
R:xxxxxxxx_xxxxxxxx
W:oooooooo_oooooooo
SSSSSSSS
_SSSSSSSS
転送アドレスレジスタ
S転送アドレス (28bit)
・再生するPCMバッファを設定。ROM内の定も可
DMA転送を開始してもこの値は変化しない。
X:未使用
$40000BE
DM1SAD_H
$40000CA
DM2SAD_H
R:xxxxxxxx_xxxxxxxx
W:xxxxoooo_oooooooo
XXXXSSSS
_SSSSSSSS
$40000C0
DM1DAD_L
$40000CC
DM2DAD_L
R:xxxxxxxx_xxxxxxxx
W:oooooooo_oooooooo
DDDDDDDD
_DDDDDDDD
転送アドレスレジスタ
D転送アドレス (27bit)
PCM用途でDMAを使う場合は、
 $40000A0 または $40000A4 に設定

X:未使用
$40000C2
DM1DAD_H
$40000CE
DM2DAD_H
R:xxxxxxxx_xxxxxxxx
W:xxxxxooo_oooooooo
XXXXXDDD
_DDDDDDDD
$40000C4
DM1CNT_L
$40000D0
DM2CNT_L
R:xxxxxxxx_xxxxxxxx
W:xxoooooo_oooooooo
XXCCCCCC
_CCCCCCCC
転送カウントレジスタ
C転送回数 (14bit)
転送回数を定する。1回の転送は16bitまたは32bit
PCM用途では、この値は利用されない。

X:未使用
$40000C6
DM1CNT_H
$40000D2
DM2CNT_H
R:ooooxooo_oooxxxxx
W:ooooxooo_oooxxxxx
EITTXWRs
_sddXXXXX
転送コントロールレジスタ
X:未使用
d転送アドレス制御
・0:増加、1:減少、2:固定、3:増加/リロード
PCM用途の場合は固定に設定しておく。

s転送アドレス制御
・0:増加、1:減少、2:固定、3:未使用

RDMAリピート
PCM用途では有効に設定 (1:ON 0:OFF)
W転送単位
PCM用途では常に32bitになる。(1:32bit 0:16bit)
X:未使用
T転送開始タイミング
・0:すぐに、1:VBlank、2:HBlank、3:特殊
PCM用途では「3:特殊」に設定しておく。
I:割り込み制御
転送了時に割り込み制御 (1:ON 0:OFF)
PCM用途ではDMAリピートが有効な為利用不可(未詳)。

EDMAイネーブル
定したタイミング転送を開始する。
・リピートOFFの場合は転送終了でフラグが下がる
TIMER0
から順に
$4000100
$4000104
$4000108
$400010C
R:oooooooo_oooooooo
W:oooooooo_oooooooo
CCCCCCCC
_CCCCCCCC
タイマーカウントレジスタ
Cタイマー初期値(W)、現在値(R)
オーバーフローすると初期値から再スタートする
読み込みで現在カウント値を取得できる
PCM再生周波数の設定値は通常、下記でめる。
 16,780,000 ÷ 周波数(Hz) × -1 = C
TIMER0
から順に
$4000102
$4000106
$400010A
$400010E
R:xxxxxxxx_ooxxxooo
W:xxxxxxxx_ooxxxooo
XXXXXXXX
_EIXXXUSS
タイマーコントロールレジスタ
S:プリスケーラ選択
・0:F/1、1:F/64、2:F/256、3:F/1024 ( F = 16,780,000 Hz )

Uオーバーフローカウントアップ
・有効にするとプリスケーラの設定を視し、
 1つ前のタイマーのオーバーフローカウント

X:未使用
I:割り込み許可
・有効にするとオーバーフローで割り込み (1:ON 0:OFF)

Eタイマースイッチ
・0:停止 1:作動

 

CH1・CH2:矩形波

このチャンネルで出せる矩形波のDutyは、12.5% 25% 50% 75%の4種類。波形は以下の表を参照。

Duty 波形
12.5% _| ̄|_______| ̄|_______
25% _| ̄ ̄|______| ̄ ̄|______
50% _| ̄ ̄ ̄ ̄|____| ̄ ̄ ̄ ̄|____
75% _| ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄|__| ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄|__

CH1の矩形波チャンネルにはスイープ機があり、周波数を変化させることが出来る。

スイープレジスタ($4000060)での定することにより、周波数を上昇させたり下降させたりする事が出来る。
周波数更新時、以下の計算方法で周波数の上昇・下降を行う。

周波数上昇:
   周波数レジスタ値 = 周波数レジスタ値 + ( 周波数レジスタ値 >> 周波数変更量 )

周波数下降:
   周波数レジスタ値 = 周波数レジスタ値 - ( 周波数レジスタ値 >> 周波数変更量 )

FC音源仕様と同じように見えるが、べると実は全然違う。 GBA音源の場合、周波数レジスタ値はFC音源のときとは逆で、値が多いほど周波数が高くなるため、レジスタ値が大きいほど周波数の変化が大きくなり、レジスタ値が小さいほど周波数の変化が小さくなる。

FC音源では、キーオン仕様上、周波数レジスタ9bit以降の書き換えでプチノイズが出るが、GBA音源ではキーオン仕様が違うため、周波数レジスタ9bit以降を変更してもプチノイズは乗らない。GB音源FC音源べて、ソフトウェアによる周波数変更に強いといえる。


矩形波は、キーオン時に波形位置がリセットされないが、波形は若干乱れる。

CH3:波形メモリ

ゲームボーイの特徴とも言える波形メモリアドバンスでは1バンクあたり32サンプルのバンクを2つ利用出来る。

波形メモリの周波数は、矩形波とべて1オクターブ低い。
64サンプルを選択している場合はさらに1オクターブ低くなると思われる。


波形データ読み書きしたいバンクとは別のバンクを$4000070で定し、$4000090-$400009Fへ書き込む。 バンクあたりのサンプル数は32、量子化ビット数は4、上位4bit→下位4bit→次の上位4bit…の順で出される。


音量は、5段階で変更できる。(100%, 75%, 50%, 25%, OFF) ただし、波形データをビットシフトする形で音量を下げているため、サウンドPWMコントロールレジスタで設定されている有効なビット数をえる場合は下位ビットが失われる分波形が変わる。

CH4:ノイズ

ノイズ音の周波数は、線形帰還シフトレジスタによる擬似乱数で出ている。

C言語ソース的には、以下のような記述で波形がめられる。

//レジスタの初期値
reg = 0xffff;
output = 1;

//以下の2行を回す。
// shortFreqは、短周期フラグ。1にすると有効になる。
// これで得られるoutputの値が、ノイズチャンネルの波形。
if(reg == 0)reg = 1; //一応
reg += reg + (((reg >> (shortFreq ? 6 : 14)) ^ (reg >> (shortFreq ? 5 : 13))) & 1);
output ^= reg & 1;


「ザー」という音の長周期と、「ギー」という音の低周期が出せる。
ノイズパターンは、長周期ノイズ32767bit。低周期ノイズ127bit


ゲームボーイノイズ音はFC音源とは違って、キーオン毎にレジスタリセットされるため、長周期・短周期ともに常に同じ音が出る。 これによって、FC音源べて、短周期ノイズドラム音として使いやすくなっている。

CHA・CHB:8ビットPCM

ゲームボーイアドバンスで追加されたチャンネル。このチャンネルは他のチャンネルと違い、サンプリングされた波形などを直接再生することができる。これにより、ソフトウェアで最大同時発音数をある程度増やすことが出来るようになった。


販のGBAゲームソフトのほとんどがソフトウェアPCM合成も行っていると思われるが、ゲームによっても音質は異なる場合があるようだ。これは、波形で使用するメモリーPCM合成にかかる時間に余裕がないためなのだろう。


発音動作は再生周波数(周期)設定用タイマーとPCM転送用のDMAを介して行われ、その間CPUサウンドの合成や別の処理をすることができる。


仕組みとしては、DMAを有効にすると即座にFIFOへ転送され、タイマーのオーバーフローで1サンプルがFIFOから再生される。
再生位置を知りたい場合は後続のタイマーをカスケード接続し、オーバーフローによるカウントを有効にすることで再生されたサンプル数を知ることができる。

エンベロープ

GBA音源の矩形波・ノイズチャンネルでは、音量をハードウェアで変化させることが出来る。

GBA音源のハードウェアエンベロープは、FC音源べると強化されている。 初期ボリュームが定でき、その音量から増幅・減衰させることができる。
FC音源では、初期ボリュームは最大固定で、変化は減衰のみ)


矩形波・ノイズチャンネルでは、音量レジスタ($4000062 $4000068 $4000078)を変更した後、反映のためにキーオンしなければならない。

しかし、キーオンすると、矩形波チャンネルでは波形が若干乱れ、ノイズチャンネルではレジスタリセットされてしまうため、GBA音源はFC音源べて、ソフトウェアエンベロープに弱い。そのため、矩形波・ノイズチャンネルソフトウェアエンベロープを使用するソフトは、ファミコンべると少ない。

ソフトウェアエンベロープを使用するソフトの多くは、音量を変化する頻度を少なくしたり、一部のエンベロープをハードウェアに任せるなど、ノイズ立たせないように工夫されていた。

キーオンせずに音量レジスタだけ変更すると、訳の分からない変な挙動GBSOUND.TXTではこれを"ZOMBIE MODE"と呼んでいる)によって、期待通りの音量にならない(GBA音源ではGB音源のそれとも挙動がちょっと違うらしい)。

波形メモリチャンネルは、音量レジスタの変更のみでも大丈夫なのでノイズは発生しない。

FC音源との違い

つまり、ファミコンの音べるとどこが違うのか。大きな違いは以下の通り。

細かい違いは以下の通り。

それ以外は、大体FC音源と同じになっている。

実際のゲームではどう使われたのか

実際のゲームでは、発売初期は矩形波・波形メモリメインとしたGB時代と変わらない音作りのものが多かった(グラディウスジェネレーションなどはよくネタにされる)が、後期になるに従いPCM部分の活用幅が広がり、SFC顔負けの重厚なサウンドを出すゲームが増えた。前述の通りPCM部分はソフトウェアで波形を合成することで発音数を増やすことができ、ハード中後期にプログラミング技術がこなれてきたことにより音質・発音数向上を実現できたということだろう。

特に好事の間では「デ・ジ・キャラット でじこミュニケーション」の楽曲がPCMを使い倒したものとしてしばしば評価される。

仕様レベルではFCと似通っていたが、PCMの存在がきわめて大きかったといえるだろう。

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