FM音源の原理学習（１）

このページについて

FM音源の原理について自己学習するために作ったページである。波形表示にCanvasを用いてアニメーション表示を試みている。

前提

ここでは量子化ビット数6でメモリは64個とする。値は-32～31までの範囲をとるが、メモリ格納時に+32している。

サイン波形メモリの内容

値:32,35,38,41,44,47,49,52,54,56,58,60,61,62,63,63,64,63,63,62,61,60,58,56,54,52,49,47,44,41,38,35,32,28,25,22,19,16,14,11,9,7,5,3,2,1,0,0,0,0,0,1,2,3,5,7,9,11,14,16,19,22,25,28

ノコギリ波形メモリの内容

値:0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,62,63

サイン波形メモリをノコギリ波形メモリの値で読みだした場合

素直にサイン波形が出力される

サイン波形メモリをサイン波形メモリの値で読みだした場合

歪んだ波形が出力される。このようにして読み出し方法を歪ませることにより複雑な波形を作り出すのがFM音源である。

ソースコード

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  var keyCheck = {up:false,down:false,left:false,right:false,z:false};
  var mainTimerId = undefined;
  var keyBuffer = Array(0);
  var waveMemory = new Array(64);//64bytes 波形メモリ
  var waveMemorySaw = new Array(64); //64bytes 波形メモリ
 
  // コンストラクタ
  function Tasks() {
    this.array = new Array(0);
    this.needSort = false;
    return this;
  }
 
  Tasks.prototype = {
    // indexの位置のタスクを置き換える
    setNextTask: function (index, func, priority) {
      if (priority == undefined) {
        priority = 10000;
      }
      func.priority = priority;
      this.array[index] = func;
      this.needSort = true;
    },
 
    pushTask: function (func, priority) {
      if (priority == undefined) {
        priority = 10000;
      }
      func.priority = priority;
      for (var i = 0; i < this.array.length; ++i) {
        if (this.array[i] == null) {
          this.array[i] = func;
          return;
        }
      }
      this.array.push(func);
      this.needSort = true;
    },
    // 配列を取得する
    getArray: function () {
      return this.array;
    },
    // タスクをクリアする
    clear: function () {
      this.array.length = 0;
    },
    // ソートが必要かチェックし、ソートする
    checkSort: function () {
      if (this.needSort) {
        this.array.sort(function (a, b) { return a.priority > b.priority; });
        needSort = false;
      }
    }
  };
 
  var tasks = new Tasks();
  var img = new Image();
 
   
  // ロード時処理
  $(window).ready(function () {
    //    ctx.fillStyle = "blue";
    //    ctx.fillRect(0, 0, screenWidth, screenHeight);
    //    ctx.fillStyle = "white";
    //    ctx.font = "12px 'ＭＳ ゴシック'";
    //    ctx.fillText("ワイヤーフレーム表示です。", 0, 20, 240);
 
    // 波形メモリの生成(サイン波形）
    var period = 2 * Math.PI / waveMemory.length;
    for (var i = 0; i < waveMemory.length; ++i) {
      waveMemory[i] = Math.floor(Math.sin(period * i) * 32) + 32;
    }
    $("#waveMemValue").text("値:" + waveMemory.join(","));
 
    for (var i = 0; i < waveMemorySaw.length; ++i) {
      waveMemorySaw[i] = i;
    }
    $("#waveMemSawValue").text("値:" + waveMemorySaw.join(","));
 
    // 波形メモリの内容を表示（サイン波形)
    {
      var ctx_wm = $("#waveMem")[0].getContext("2d");
      ctx_wm.beginPath();
      ctx_wm.globalAplha = 1;
      ctx_wm.strokeStyle = "blue";
      ctx_wm.moveTo(0, 63 - waveMemory[0]);
      for (var i = 1; i < waveMemory.length; ++i) {
        ctx_wm.lineTo(i, 63 - waveMemory[i]);
      }
      ctx_wm.stroke();
      ctx_wm.beginPath();
      ctx_wm.strokeStyle = "gray";
      ctx_wm.rect(0, 0, $("#waveMem")[0].width, $("#waveMem")[0].height);
      ctx_wm.stroke();
    }
 
    // 波形メモリの内容を表示（ノコギリ波）
    {
      var ctx_wm = $("#waveMemSaw")[0].getContext("2d");
      ctx_wm.beginPath();
      ctx_wm.globalAplha = 1;
      ctx_wm.strokeStyle = "blue";
      ctx_wm.moveTo(0, 63 - waveMemorySaw[0]);
      for (var i = 1; i < waveMemorySaw.length; ++i) {
        ctx_wm.lineTo(i, 63 - waveMemorySaw[i]);
      }
      ctx_wm.stroke();
      ctx_wm.beginPath();
      ctx_wm.strokeStyle = "gray";
      ctx_wm.rect(0, 0, $("#waveMemSaw")[0].width, $("#waveMemSaw")[0].height);
      ctx_wm.stroke();
    }
 
 
    tasks.pushTask(init);
    tasks.pushTask(render, 65000);
    mainTimerId = setTimeout(processMain, 50);
 
    // ソースコードの表示
    $('#sourceList').text($('#script').text());
    // SyntaxHighliterの実行
    SyntaxHighlighter.all();
  });
 
  var t = 0;
  // 描画処理
  function render() {
     
    // 波形メモリを普通に読み出す。
    {
      var ctx = $("#waveOut")[0].getContext("2d");
      ctx.beginPath();
      ctx.strokeStyle = "blue";
      ctx.fillStyle = "blue";
      ctx.moveTo(0, 63 - waveMemory[waveMemorySaw[t & 0x3f]]);
      for (var i = 1, e = $("#waveOut")[0].width; i < e; ++i) {
        ctx.lineTo(i, 63 - waveMemory[waveMemorySaw[(t + i) & 0x3f]]);
      }
      ctx.stroke();
      ctx.beginPath();
      ctx.strokeStyle = "gray";
      ctx.rect(0, 0, $("#waveOut")[0].width, $("#waveOut")[0].height);
      ctx.stroke();
    }
 
    // 波形メモリをサイン波テーブルで読み出す。
    {
      var ctx_fm = $("#waveOutFM")[0].getContext("2d");
      ctx_fm.beginPath();
      ctx_fm.strokeStyle = "blue";
      ctx_fm.moveTo(0, 63 - waveMemory[waveMemory[t & 0x3f]]);
      for (var i = 1, e = $("#waveOutFM")[0].width; i < e; ++i) {
        ctx_fm.lineTo(i, 63 - waveMemory[waveMemory[(t + i) & 0x3f]]);
      }
      ctx_fm.stroke();
      ctx_fm.beginPath();
      ctx_fm.strokeStyle = "gray";
      ctx_fm.rect(0, 0, $("#waveOutFM")[0].width, $("#waveOutFM")[0].height);
      ctx_fm.stroke();
    }
    t+=2;
  }
 
  // 処理メイン
  // バックバッファの描画
  var period = 0;
  var ellapsedTime = 0;
  var processCount = 0;
 
  function processMain() {
    var startTime = new Date().getTime();
    processCount++;
    // メインに描画
    try {
      tasks.checkSort();
      $.each(tasks.getArray(),function (taskIndex) {
        if (this != null) {
          this(taskIndex);
        }
      }
      );
    } catch(e) {
      ExitError(e);
    }
    var endTime = new Date().getTime();
    ellapsedTime = endTime - startTime;
    period = 100 //- (ellapsedTime) % 100;
    mainTimerId = setTimeout(processMain, period);
  }
 
  // 初期化タスク
  function init(taskIndex) {
//    tasks.pushTask(erase, 0);
    tasks.setNextTask(taskIndex,erase,0);
//    tasks.setNextTask(taskIndex, addCount,65000);
  }
 
  function erase() {
    {
      var ctx = $("#waveOut")[0].getContext("2d");
      ctx.fillStyle = "white";
      ctx.fillRect(0, 0,  $("#waveOut")[0].width,  $("#waveOut")[0].height);
    }
    {
      var ctx = $("#waveOutFM")[0].getContext("2d");
      ctx.fillStyle = "white";
      ctx.fillRect(0, 0,  $("#waveOutFM")[0].width,  $("#waveOut")[0].height);
    }
 
  }
 
 
  // エラーで終了する。
  function ExitError(e) {
    clearTimeout(mainTimerId);
    ctx.fillStyle = "red";
    ctx.fillRect(0, 0, screenWidth, screenHeight);
    ctx.fillStyle = "white";
    ctx.fillText("Error : " + e, 0, 20);
    render();
    throw e;
  }