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Raspberry Pi 3のオーディオ その2 - 周波数スペクトル

目次: Raspberry Pi

引き続きRaspberry Pi 3のオーディオ出力波形がグニャグニャしている謎を調べます。サンプリング周波数の1/4の矩形波を再生（理想的な周波数変換がなされるとSin波になるはず）を出力した際の周波数スペクトルを見ます。パワーを合わせるために波形の最大値を3.2Vくらいに合わせて測ったつもりです。が、RasPi 3の波形は歪んでいてピークがわからないので、合っているか自信ありません。参考程度です。

Raspberry Pi 3のオーディオ出力です。ピークの11kHz以外に15.5kHzや37kHzなど、多数の高調波が出現します。高調波は安定して出現するので、波形の崩れは外乱やノイズではなさそうです。

fs = 44kHz, 1/4 fs = 11kHz Sin波の周波数スペクトル（Raspberry Pi 3）

続いてfs = 48kHzで12kHzのSin波を再生した場合です。12kHz、36.5kHz、60kHz、85kHz付近、つまり3次、5次、7次……のように奇数倍の高調波が出ます。なんだこれ？

fs = 48kHz, 1/4 fs = 12kHz Sin波の周波数スペクトル（Raspberry Pi 3）

Creative Sound Blaster X-Fi Go! Proのfs = 44kHzで11kHz Sin波出力です。きれいに「11kHzのみ」にピークが出ます。オーディオ機器ならこれが普通ですよね。

fs = 44kHz, 1/4 fs = 11kHz Sin波の周波数スペクトル（Sound Blaster X-Fi Go! Pro）

矩形波を周波数領域に変換すると1f, 3f, 5f, ... のように奇数次にスペクトルが出ます。Raspberry Pi 3のオーディオ出力も同じ傾向がありますから、おそらくPWM波形をフィルタしてオーディオ出力を作っているのだろうと予想が立ちます。

Raspberry Pi 3のオーディオ その1 - 波形観察

目次: Raspberry Pi

何気なく使っていたRaspberry Pi 3のアナログオーディオ出力ですが、少し調べてみたところ、かなり変な動きでした。音は出ますが、まともなオーディオ用の回路には見えません。変な点はとりあえず3つ見つけました。

変な点1つ目。サンプリング周波数（fs）の半分、つまり1/2 fsのSin波（fs = 48kHzなら24kHz）が出ません。無音です。オーディオ用のDACならば、1/2 fsのSin波を出すときに波形が崩れることはあろうとも「無音」はあり得ません。この時点でRasPi 3のオーディオ出力は変です。どこかで音が出なくなる周波数がありそうですが、上限の周波数までは調べ切れていません。

変な点2つ目。サンプリング周波数（fs）が44kHz系でも48kHz系でもありません。1/4 fsの矩形波を入力すると出力はSin波になります（フーリエ変換が理想的だった場合、2014年11月20日の日記参照）。他の波形と違い歪みがわかりやすいので、私がオーディオ機器をテストする際によく使います。

本来はSin波になるはずなのにfs = 44kHzでも48kHzでも、Sin波とは程遠い歪んだ波形になります。同じデータをCreative Sound Blaster X-Fi Go! Proで出力するときれいなSin波になります。やっぱりRasPi 3のオーディオ出力はおかしいです。

fs = 44kHz, 1/4 fs = 11kHz Sin波の波形（Raspberry Pi 3）

fs = 48kHz, 1/4 fs = 12kHz Sin波の波形（Raspberry Pi 3）

fs = 44kHz, 1/4 fs = 11kHz Sin波の波形（Sound Blaster X-Fi Go! Pro）

変な点3つ目。なぜかGPUを制御しています。RasPi 3はSoCにBroadcom BCM2837を使っています。サウンドドライバはlinux/drivers/staging/vc04_services/bcm2835-audio/ の下にあるんですけど、このドライバの実装を見るとVideoCore 4と呼ばれているGPUにデータを投げつける実装になっています。

GPUのはずのVideoCore 4にサウンドデータを投げつけると音が再生される、謎の仕組みです。Videoじゃないのに……？？

Raspberry Pi - まとめリンク

目次: Raspberry Pi

Raspberry Pi 3 model Bオーディオ周りの話のまとめ。

• Raspberry Pi 3のオーディオ その1 - 波形観察
• Raspberry Pi 3のオーディオ その2 - 周波数スペクトル
• Raspberry Pi 3のオーディオ その3 - ボリューム調整
• Raspberry Pi 3のオーディオ その4 - オーディオ出力回路
• Raspberry Pi 3のオーディオ その5 - シミュレーションと実測値の差
• Raspberry Pi 3のオーディオ その6 - 回路図間違ってる？疑惑
• Raspberry Pi 3のオーディオ その7 - 高い音が出ない謎
• Raspberry Pi 3のオーディオ その8 - シミュレーションと実測値の差（解決編）
• Raspberry Pi 3のオーディオ 番外編 - PWMと我が家のオシロの限界
• Raspberry Pi 3のオーディオ 番外編2 - 仕様がわかりにくい

その他の話。

• Raspberry Pi 3とUART

目次: 一覧の一覧

ファイアーエムブレム 風花雪月

目次: ゲーム

Switchにてファイアーエムブレム 風花雪月を買いました。ファイアーエムブレムをプレイするのは、おそらくスーパーファミコンの「聖戦の系譜」以来です。聖戦の系譜と言えば、主人公であるシグルド様の陣営がメテオでほぼ全滅し、第二部が始まるという衝撃のストーリーでした……懐かしいですね。それはさておき。

交互に殴り合う戦闘システム、親密度といったファイアーエムブレムの基本システムは維持されています。ここを変えたら違うゲームになっちゃうから当然ですかねえ。

聖戦の系譜では親密度は第一部（親世代）のペアリングに影響し、第二部（子世代）の攻略難易度が大きく変わる割と重要な要素でした。一部キャラクターとの会話も変わりますがオマケ程度の存在でした。風花雪月でも親密度はキャラクターの強さに影響するので大事ですが、どちらかというと「各キャラクターとの会話」に重きが置かれたようです。聖戦の系譜には存在しなかったアドベンチャーパートと多彩な会話シーンによって……そうです、ぶっちゃけギャルゲーになりました。例を挙げれば、

• 味方になりうるキャラクターはほぼ全員が美形、汚いオッサンやジジイはいない
• 主人公は一切しゃべらない
• 主人公以外はフルボイス
• 贈り物をしたり、会話の選択肢により親密度が上がり下がりする
• 親密度が簡単に一覧できる（昔はシークレットパラメーターだった、単に難易度調整の一環かもしれない）

ちなみに親密度は従来どおりの上げ方（キャラクターが隣接した状態で戦闘する）でも上がりますので、アドベンチャーパートなんてダルいんじゃ、戦略SRPGをやりたいんじゃー！って人はアドベンチャーパートは最低限こなして、戦闘だけガンガンやってても進むはずです。今作の半分近くを占めるキャラクター会話を捨てると、パラメーター強化にも関係してますし、ちょっともったいない気もしますが……。

グラフィクスはアニメーションも所々に入りますが、基本的には3Dキャラクターたちが良く動きます。総じてキレイです、よくできてるなあ。トゥーンレンダリングで、色の階調をあえて潰してセル画っぽくしているのかなあ？さすがにセル画が動いている！とまでは行きませんけど、トゥーンレンダリングで気になりがちな妙な太い線は気にならないです。

レベル上限

今作はクラスチェンジしてもレベルが維持されたままです。パラメータは「HP、力、魔力、技、速さ、幸運、守備、魔防、魅力」の9つで、上限値も高そう（従来は30、今作は50以上はありそう）です。

初期値はいずれも1桁、高くても15もありません。よって初期値の合計は100前後です。全ステータスカンストするには合計500くらい上げる必要がありそうです。要求するものは多いのに、レベルアップ時のステータス上昇は合計 +2〜+5程度と渋めです。ファイアーエムブレムのレベル上限は30だか40なので、この調子で上限レベルに達したところで、合計250が良いところ。1つもステータスカンストできそうにありません。

ステータスカンストどころか、下手すると全員雑魚になってしまって途中で敵が倒せなくなって進行不能にならないか？レベルアップ時ステータス厳選ガチャが必須だった？いや、現代のゲームの標準難易度がそんな鬼畜設定のはずがないだろ……？？などと不思議に思っていました。

さんざんやった挙句に進行不能になるのは困るので、攻略サイトを見たところ「レベル99まで上がる」って書いてありました。ええっ99？まさかのレベル上限です。逆にそんなに要ります？

ノーマル難易度なら無限に挑めるレベル上げ用マップがありますからレベル99でも100でも達成できましょうが、他の難易度ではどうやってもレベル99にはなりませんよね？

メモ: 技術系？の話はFacebookから転記しておくことにした。大幅に追記。