基本的なサイクルは、以下のとおり。
1.ソースコード書く
2.コンパイル・リンク
3.Synth1の起動
4.実際にMIDIキーボードから音を鳴らしてテスト
で、これを延々と繰り返す。 ある程度動くソースが書けたら、即座にコンパイルして音を鳴らしてテストみる、というのが自分のスタイルだ。 ちょっとした調整的な修正なら、数十秒置きにこのサイクルを繰り返す。 だから、コンパイル時間や、鳴らすためにSynth1の立ち上げの時間を短縮することが開発効率に大きくかかわってくる。

コンパイル時間に関しては、昔に比べるとハードウェアが進化したおかげで、あまり気にならなくなった。 開発環境には、Visual Sudio6.0 を使ってはいるが、makeファイル生成ツールと化している。 コンパイルは、常にnmakeを使って、コマンドプロンプトで行っている。 テキストエディタは秀丸だ。

ちなみに、丁度今回のV1.07からは、コンパイラに「Microsoft Visual C++ Toolkit 2003」を使っている。 これは、MSからフリーで提供されているのだけど、なかなかできがよいと思う。 自動的にSSE/SSE2コードへ展開する最適化オプションも備えている。ただし、Synth1では、このオプションは使っていない。 なぜかというと、わりと適当に書いた個所は効果があったけども、手動でSSEを使ったり手間をかけた個所ではむしろ遅くなった。 全体としては、やや遅くなるようだった為。ただし、現在の自分のマシンのCPUは、PentiumMなので、別のCPUでは また違うかもしれない。

Synth1の立ち上げには、VSTホスト等は使わない。 実は開発時には、スタンドアロンで動作するようなモジュールとして開発している。 これは、sonar等のホストアプリの起動の手間の省略と、独自のデバッグ用ウィンドウの表示を 実現するため。 ただし、MIDIイベントの受信と、サウンドを鳴らす処理を自前で行う必要がある。 これにはWindowsマルチメディアAPI (mmioOpen()などなど) を使っている。。。いや、使っていた。 つい最近、サウンド処理の部分はASIOに書き換えた。これでレイテンシが小さくなってとても弾きやすくなった。

オシレータ部においては、高速化のために以下のような事を行っている。
1.信号生成ループ内の分岐(=if文)を徹底的になくす。
2.位相の変数には、整数型を使い固定小数点として計算する。
3.小数型(float)から整数型へのキャストは、自前でキャストルーチンを書く(=VisualC++標準のキャストを使わない)。
以上、インパクトの大きいもの順だ。

1.信号生成ループ内の分岐(=if文)を徹底的になくす
とにかく、分岐をなくす事を考える。今の時代でも(だからこそ？)、この効果は非常に大きいのだ。これについて考えてみよう。 信号生成のアルゴリズムは、RingスイッチやSyncスイッチのon/off状態、FMツマミが0以上かどうか等によって変わる。 これを「素直に」実装すると、こんな感じになると思う(これ以外にも分岐条件として波形の種類や、oscのデチューン有無などあるが省略)。

// 信号生成関数
void generateSignal(
    float *out,  // 信号出力バッファ
    int   size,  // 出力サンプル数
    bool  ring,  // Ringモジュレーションスイッチ
    bool  sync,  // Syncスイッチ
    bool  fm,     // FM処理が必要かどうか
    ...          // 他いろいろ
){
    for(i=0;i<size;i++){
        // osc1生成
        float osc1_out = ....;

        // osc2生成
        float osc2_out = ....;
        if(ring){        // リングモジュレーション時は、OSC2の出力はOSC1と掛け算。
            osc2_out *= osc1_out;
        }

        // osc1とosc2をミックスして、出力バッファに格納
        out[i] = ....;

        // osc1の位相を進める
        if(fm){          // FM有りの時の位相処理
            osc1_phase = ....;
        }else{           // FMなしの時の位相処理
            osc1_phase = ....;
        }

        // osc2の位相を進める
        osc2_phase = ....;
        if(sync){        // シンク有りの時の位相処理
            osc2_phase = ....;
        }else{           // シンク無しの時の位相処理
            osc2_phase = ....;
        }

    }

	return;
}

// 信号生成関数
void generateSignal(
    float *out,  // 信号出力バッファ
    int   size,  // 出力サンプル数
    bool  ring,  // Ringモジュレーションスイッチ
    bool  sync,  // Syncスイッチ
    bool  fm,     // FM処理が必要かどうか
    ...          // 他いろいろ
){
	// 状態に応じて適切な信号生成ルーチンを呼び分ける。
	if(ring){
		if(sync){
			if(fm) generateSignal_RSF(out,size,...); // ring sync fm
			else   generateSignal_RS_(out,size,...); // ring sync
		}else{
			if(fm) generateSignal_R_F(out,size,...); // ring fm
			else   generateSignal_R__(out,size,...); // ring
		}
	}else{
		if(sync){
			if(fm) generateSignal__SF(out,size,...); // sync fm
			else   generateSignal__S_(out,size,...); // sync
		}else{
			if(fm) generateSignal___F(out,size,...); // fm
			else   generateSignal____(out,size,...); // 
		}
	}
}

// 信号生成(専用ルーチン)
void generateSignal_RSF(float *out,int size,...){ generateSignal_generic(out,size,true,true,true,...); }
void generateSignal_RS_(float *out,int size,...){ generateSignal_generic(out,size,true,true, false,...); }
void generateSignal_R_F(float *out,int size,...){ generateSignal_generic(out,size,true,false,true,...); }
void generateSignal_R__(float *out,int size,...){ generateSignal_generic(out,size,true,false,false,...); }
void generateSignal__SF(float *out,int size,...){ generateSignal_generic(out,size,false,true,true,...); }
void generateSignal__S_(float *out,int size,...){ generateSignal_generic(out,size,false,true,false,...); }
void generateSignal___F(float *out,int size,...){ generateSignal_generic(out,size,false,false,true,...); }
void generateSignal____(float *out,int size,...){ generateSignal_generic(out,size,false,false,false,...); }

// 信号生成(汎用)
// 必ずインライン展開すること。
__forceinline void generateSignal_generic(
    float *out,  // 信号出力バッファ
    int   size,  // 出力サンプル数
    bool  ring,  // Ringモジュレーションスイッチ
    bool  sync,  // Syncスイッチ
    bool  fm,     // FM処理が必要かどうか
    ...          // 他いろいろ
){
	中身は、先にあげたgenerateSignal()とまったく同じ
}

※Synth1ではringとFMは同時使用できないのでこの通りではない。
　また先にも書いたが波形の種類なども分岐条件となるので、実際は72種類の専用関数がある。

上の続き。

2.位相の変数には、整数型を使い、固定小数点として計算する。
位相変数とはWAVEテーブルの読み出し位置を保持している変数のこと。 この読み出し位置を一定の値で増加させていくことで、一定の周波数の音が生成される。 たとえば、サンプリング周波数Fs=44.1K、テーブルサイズ=2048サンプルの場合、位相変数を1サンプルあたり1づつ増加させながら 読み出すと、約22Hz(44.1K/2048=21.53)の音が生成される。 ただし、いろんな周波数の音を生成しなくてはいけないので、位相変数と増分値は小数で表す必要がある。 また、位相変数がテーブルサイズを超えた場合には、サイズに収まるように位相変数を調整しなくてはいけない。
440Hzの音を再生する場合はこんな感じになる。

float phase=0;                     // 位相変数
float delta=440.f / 44100 * 2048;  // 位相増分(440Hzの場合)

for(int i=0;i<size;i++){
    out[i] = pWaveTable[(int)phase];      // テーブルから読み出し
    phase = phase + delta;                // 位相を進める。
    if(phase >= 2048) phase=phase-2048.f; // テーブルサイズに収まるように調整
}

※１次補間処理は省略

unsigned int phase=0;                                     // 位相変数
unsigned int delta=(int)(440.0 / 44100 * 2048 * (1<<16)); // 位相増分(440Hzの場合)
for(int i=0;i<size;i++){
    out[i] = pWaveTable[ HIWORD(phase) ];      // テーブルから読み出し。
                                               //   HIWORDは上位16ビット(この場合整数部)を取得するWindowsマクロ。
    phase = phase + delta;                     // 位相を進める。
    phase = phase & (2048 * (1<<16) - 1);      // テーブルサイズに収まるように調整。(2048*...)は、
                                               //   コンパイラにより計算済みの値となる事を期待している。
}

※１次補間処理は省略

上の続き。