波形ジェネレーター｜倍音で音色を作る

倍音スライダーを動かすと、その場で音色と波形表示が変わります。まずプリセット（サイン、矩形、ノコギリ、三角、トーンホイールオルガン）を選び、そこから一部の倍音だけを動かすと、音色の変化を聴き分けやすくなります。

同じ音程でも倍音の構成比が違えば別の楽器のように聞こえます。スペクトラムアナライザーやオシロスコープと並べて使うと、倍音と波形の関係を視覚的にも確認できます。

基本周波数を設定します。スライダーで40〜1000 Hz、数値入力欄で20〜2000 Hzまで調整でき、A1〜A5のプリセットボタンでオクターブ跳躍も即座に行えます。

ツールバーの補助機能で効率的に音色を整えられます。「全クリア」で倍音をゼロにリセット、「奇数のみ」「偶数のみ」で特定倍音系列を一括抽出、「ランダム」で減衰傾斜を持った偶発的な倍音構成を生成できます。

音量スライダーで出力レベルを決め、「再生」を押します。キャンバスには理論波形と実測波形が重なって描画され、発音中のスライダー操作も即座に音色へ反映されます。

フーリエ級数と基本波形の倍音スペクトル表

周期的な音響波形は正弦波の総和として展開できます。代表的な幾何学波形（矩形波・ノコギリ波・三角波）は、含まれる倍音の種類（奇数倍音のみか全整数倍音か）と振幅の減衰比率によって固有の音色と波形を形成します。

本ツールの16本の倍音スライダーにおける各基本波形の理論構成は次のとおりです。

倍音減衰比とデシベル換算（1/n則 vs 1/n²則）

倍音振幅が周波数とともにどう減衰するかは、音色の明るさを決める物理的な指標です。振幅比のデシベル換算は 20 × log10(振幅比) で算出されます。

矩形波とノコギリ波の「1/n則」では周波数が2倍になるごとに振幅が半減し、約-6.0 dB/octで減衰します。第2倍音は-6.0 dB、第4倍音は-12.0 dB、第8倍音は-18.1 dBとなり、高域まで明瞭なエネルギーが残ります。

対照的に三角波の「1/n²則」は周波数2倍で振幅が1/4（-12.0 dB/oct）と急峻に減衰します。第3倍音で約-19.1 dB、第5倍音では約-28.0 dBまで落ちるため、聴感上はサイン波に近い柔和な響きとなります。

楽器プリセットの倍音構成比（オルガン・ブラス・ベル）

幾何学波形に加えて用意された3種の音色プリセットは、実機や管弦楽器の音響構造を模した倍音比率を備えています。

• トーンホイールオルガン：ドローバー機構に準拠し、h1（1.0）、h2（0.8）、h3（0.6）、h4（0.7）、h6（0.4）、h8（0.3）、h10（0.15）、h12（0.1）を組み合わせ、厚みのある和音感を作ります。
• ブライトブラス：1/n^0.8の緩やかな傾斜で高次倍音を強調し、偶数倍音を約10%抑えて金管楽器特有の張りのある輝きを再現します。
• メタリックベル：h1〜h4に加え、高次の奇数倍音（h7・h9・h11・h13・h15）をまばらに配置して非調和風の金属的な残響を生み出します。

Web Audio PeriodicWaveの帯域制限とナイキスト周波数

デジタル環境でエッジの鋭い波形を合成する際、サンプリング周波数の半分（ナイキスト周波数）を超える成分は可聴域へ折り返されてノイズ（エイリアシング歪み）になります。

Web Audio APIのPeriodicWaveは帯域制限ウェーブテーブルを生成し、ナイキスト周波数（48 kHz環境で24 kHz）を超える倍音を自動的に減衰させます。基本周波数220 Hzでは全16倍音が安全に鳴りますが、2,000 Hzまで上げると24 kHzを超える高次倍音は自動遮断されます。これは音質をクリアに保つための正常な設計です。

音色設計の実践とモニタースピーカーの再生限界

音作りを習得するには、サイン波に第2倍音や第3倍音を少しずつ足し、単なる和音から一体の「音色」へと脳が知覚を統合する変化を観察するのが有効です。

ただし、スマートフォンの内蔵スピーカーは150 Hz以下の低音を正しく再生できず、A1（55 Hz）などでは歪みや脱落が起こります。低域の倍音バランスを正しく確認する際は、密閉型モニターヘッドホンやオーディオインターフェースでの試聴を推奨します。