ピトリネット（PitriNet）による自律的音楽生成システム「beats.bitwrap.io」

概要と基本操作

• アクセス先: beats.bitwrap.io
  • インストール不要のブラウザベースデモ版です。
• 操作方法:
  1. 好みの音楽ジャンル（テクノ、ジャズ、アンビエントなど）から19 種の中から 1 つ選択します。
  2. 「Generate」ボタンを押下し、フルトラックの再生を開始します。
• 出力内容:
  • ドラム、ベース、メロディ、アルペジオがすべて含まれた楽曲です。
• 再現性:
  • シード（Seed）を変更すると異なる楽曲が生成されます。
  • 特定のシードを固定すれば、毎回完全に同一の楽曲が再生・再現されます。

核心：トークンとピトリネットの仕組み

このシステムにはピアノロールやタイムライングリッド、DAW は一切使用されません。すべては以下の「ピトリネット」という図式で動作します。

• 基本概念:
  • 円（場所）と矢印（遷移）で構成されたネットワーク。
  • 点をトークンと呼び、これが図式内を移動します。
  • 音符そのものがトークンであり、ステップごとに位置を変化させます。
• 仕組み:
  • トークンは指定されたループ内で一定の規則に従って移動し、着地した時点で音が発生（または無音）します。

トークンからなるドラムマシン

8 つの円が環状につながった構造で動作します。

• 動作原理:
  • トークンが環を回ると、各ステップにおいて一部の円のみがキックドラムなど鳴動し、他の円は無音になります。
  • これによりビートパターンが形成されます。
• 生成アルゴリズム:
  • Bjorklund アルゴリズムを採用しており、K 回の打点を N ステップにわたって均等な間隔に配置します。
  • 例：8 ステップのうち 3 回の打点設定は、「トレシルロ」というリズム（アフロ・キューバンからリハナまで幅広く使用）を生成します。
• パラメータ変更による多様性:
  • 構造自体を変えずに数字を変えるだけで、フォーオンザフロアテクノなどの異なるジャンルが得られます。
  • 例：16 ステップで 4 回の打点配置など。
• ポリリズムの実現:
  • 各楽器（キック、スネア、ハイハットなど）には独立した環があり、並列して動作します。
  • 環の長さを変えれば（例：6 ステップ vs 16 ステップ）、自動でクロスリズム（西アフリカ音楽やアフロ・キューバンに見られる構造）が作れます。

すべての要素は「環」である

メロディ、ベースライン、アルペジオ、ハーモニーパッドに至るまで、すべて環状の図式として表現されます。

• メロディ:
  • 各ステップにピッチ、力度、長さ（休符を含む）が配置され、音楽理論に基づいて和音内音や経過音が決定されます。
• 生成プロセス:
  • ジャンル選択時にプリセット（スケール、和弦、ドラムパターン、スウィング量、ヒューマナイズ量等）が自動設定されます。
  • 外部の AI やサンプリングは使用せず、音楽理論とシード付き乱数だけで動作します。

ソング構造への拡張：制御ネットの導入

ループ生成に加え、イントロやドロップなどを持つ「ソング」を構築するために「制御ネット」を追加しました。

• 機能:
  • 音自体は発生させず、「ハイハットをミュートする」「ベースを投入する」といったコマンドを発行します。
  • 音の演出を指揮する小さな監督のような役割を果たします。
• 最適化の経緯:
  • 課題: 当初、コマンドチェーンが非効率でプロジェクトファイルが膨大（3 分間のトラックに対し22 MB）になる傾向がありました。
  • 解決策: ダウンカウントタイマーの実装により構造を劇的に簡素化しました。
    • 1,536 ステップのチェーンを、単一の円に多数トークンを配置する方式に変更。
    • 抑制アーク（Downcount ゼロになるまでイベントを保留）を使用。
  • 効果:

    項目	修正前	修正後
    場所数	37,148	800
    遷移数	37,120	800
    ファイルサイズ	22 MB	242 KB

境界処理と Auto-DJ の実装

トラック間の切り替え（Auto-DJ）において、カッティングフィルターやライザーなどのダウンビート同期を正確に行うために特殊な構造を用いています。

• 課題: メインスレッドとの競走（Race Condition）やマクロの丢弃（Discard）を防止する必要がありました。
• 解決策:
  • 遷移をサイドチャネルとして扱い、**「発火マクロ結合」**機構を導入。

  • t0

    で新規トラック起動時に発火し、ワーカーからイベントをメインスレッドに通知して安全に実行します。
  • これにより、プロジェクト切り替え競走とマクロキュー丢弃の二つのバグを一元的に解決しました。

システムの利点と特徴

この構造がもたらした重要な特性です。

• 完全な再現性: トークン状態のみがステートであり、隠れたカウンターやドリフトはありません。同じシードで同じマシンなら常に同じトラックが生成されます。
• 可視性とデバッグ容易性:
  • 図式（画面）に直接描画されるため、位相ズレた環や誤った位置のトークンを視覚的に確認できます。
• モジュール性と独立性:
  • 各楽器は独立したネットであり、ソング構造は別層として管理されます。
  • 要素の抽出や追加が他の部分に影響を与えず、柔軟な編集が可能です。
• すべては一つの原語: 並行性、状態管理、スケジューリングをすべてピトリネットという単一の言語（図式）で実現しています。

技術スタックとアクセス方法

• デモ版: beats.bitwrap.io で動作。
  • 19 のジャンルを備え、すべてクライアントサイドで動作します。
• 音源・エフェクト:

  • Tone.js

    を使用し、ポリフォニックシンセサイザー、リバーブ、コンプレッションなどを実現しています。
• コード構成:
  • ピトリネットエグゼカトル：約 400 行（純粋な JavaScript）
  • シーケンサーワーカー：約 700 行
  • npm やバンドラー不要。CDN から Tone.js を読み込み、静的ファイルを配信する Go サーバーで構成されます。

注記: 音楽理論と「円と矢印による配列」という 60 年前のアイデアが、現代に優れたシーケンサーとして再評価されました。

出典: github.com/stackdump/beats-bitwrap-io 形式的理論の詳細は「Declarative Differential Models」を参照してください。