JP2020076928A - 歪付与装置および歪付与方法 - Google Patents

Abstract

【課題】出力を下げても自然な歪み効果を得ることができる歪付与装置を提供する。【解決手段】入力された音声信号を、ユーザが設定した減衰率に基づいて減衰させ、前記減衰後の音声信号を増幅する第一増幅手段と、前記第一増幅手段と直列に接続された第二増幅手段と、前記第一増幅手段の出力端と前記第二増幅手段の入力端との間に接続され、前記第二増幅手段の入力電圧を所定のクリップ電圧に制限する制限手段と、を有し、前記制限手段は、前記減衰率に基づいて前記クリップ電圧を決定する。【選択図】図３

Description

本発明は、音声信号に歪効果を付与する装置に関する。

音楽の分野において、出力レベルの切り替えが可能なソリッドステートアンプが知られている。このようなアンプは、最終段に設けられたパワーアンプの入力信号を減衰させることで、出力レベルの調整を可能にしている。このような機能をパワーコントロール機能と呼ぶ。この方式の場合、パワーアンプに信号を入力する前の段階で、音楽的な効果（例えば歪みなど）を付加しておく必要がある。

一方で、ソリッドステートアンプにおいても、真空管アンプのような歪音色を得たいという要望がある。真空管アンプは、大出力で駆動することで独特なオーバードライブ効果を得ることができる。しかし、ソリッドステートアンプでは、ドライブ電圧を上げても、真空管アンプのようなオーバードライブ効果を得ることができない。これに関連する技術として、特許文献１には、電圧を制限する回路を利用することで、真空管アンプのような歪みを付加できるソリッドステートアンプが開示されている。

特開平８−０６５０６２号公報

しかし、特許文献１に記載のアンプでは、電圧制限回路の制限値が一定であるため、入力信号のレベルを落とすと歪みを維持することができなくなる。ギターアンプは、スタジオやステージ等、演奏の場面に応じて複数の減衰率を設定可能であることが好ましいが、従来技術では、出力レベルにかかわらず同一の歪み効果を得ることができなかった。

本発明は上記の課題を考慮してなされたものであり、出力を下げても自然な歪み効果を得ることができる歪付与装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための、本発明に係る歪付与装置は、
入力された音声信号を、ユーザが設定した減衰率に基づいて減衰させ、前記減衰後の音声信号を増幅する第一増幅手段と、前記第一増幅手段と直列に接続された第二増幅手段と、前記第一増幅手段の出力端と前記第二増幅手段の入力端との間に接続され、前記第二増幅手段の入力電圧を所定のクリップ電圧に制限する制限手段と、を有し、前記制限手段は、前記減衰率に基づいて前記クリップ電圧を決定することを特徴とする。

第一増幅手段は、入力された音声信号に対してレベルのコントロール等を行う増幅器を有して構成される。第一増幅手段は、真空管アンプの効果を模擬する回路を含んでいてもよい。第二増幅手段は、入力信号をスピーカの駆動に適したレベルに増幅する増幅器（パワーアンプ）を有して構成される。第一増幅手段は、入力された音声信号を、ユーザが指定した減衰率に基づいたレベルまで一旦減衰させたのちに増幅する。

また、第一増幅手段と第二増幅手段の間には制限手段が設けられる。制限手段は、第二増幅手段に入力される音声信号の電圧を制限する手段である。すなわち、第二増幅手段へ
入力される音声信号の電圧が所定の値以下になるよう、クリッピングする動作を行う。
本発明では、制限手段が制限する電圧（クリップ電圧）を、ユーザが設定した減衰率に基づいて決定する。これにより、ユーザが設定した減衰率に応じたクリップ電圧が設定されるため、パワーコントロールの設定にかかわらず、適切な歪み効果を得ることができる。
なお、減衰率とは、必ずしも倍率（パーセンテージ）を表す値でなくてもよい。例えば、スピーカの駆動電力を指定する値であってもよい。

なお、前記第二増幅手段はパワーアンプであり、前記制限手段は、前記第二増幅手段の電源電圧を取得し、前記減衰率に加え、前記電源電圧にさらに基づいて前記クリップ電圧を決定することを特徴としてもよい。

第二増幅手段はパワーアンプであるため、その電源電圧が負荷によって変動しうる。そこで、クリップ電圧を、パワーアンプの電源電圧にリアルタイムに追従させることで、より自然な歪み効果を得ることができるようになる。

また、前記第一増幅手段は、前記ユーザによって指定された所定の真空管の特性を模擬し、前記制限手段は、前記ユーザによって指定された真空管の特性にさらに基づいて前記クリップ電圧を補正することを特徴としてもよい。

例えば、模擬対象の真空管の特性に基づいて、クリップ電圧にオフセットを付加してもよい。これにより、真空管ごとのヘッドマージン（規定された最大レベルから実際に歪みが発生するまでの余裕）の違いを再現することができる。

また、前記制限手段は、前記第二増幅手段の電源電圧を、前記減衰率に基づいた所定の比で分圧した電圧を前記クリップ電圧とすることを特徴としてもよい。
かかる構成によると、第二増幅手段の電源電圧と、減衰率とを連動させた値をクリップ電圧とすることができる。

また、本発明に係る歪付与方法は、
音声信号に歪効果を付与する歪付与装置が行う歪付与方法であって、入力された音声信号を、ユーザが設定した減衰率に基づいて減衰させる減衰ステップと、前記減衰後の音声信号を増幅させる第一増幅ステップと、前記第一増幅ステップによって増幅された音声信号の電圧を所定のクリップ電圧に制限する制限ステップと、前記制限後の音声信号を増幅させる第二増幅ステップと、を含み、前記制限ステップでは、前記減衰率に基づいて前記クリップ電圧を決定することを特徴とする。

なお、本発明は、上記手段の少なくとも一部を含む歪付与装置として特定することができる。また、前記歪付与装置が行う歪付与方法として特定することもできる。上記処理や手段は、技術的な矛盾が生じない限りにおいて、自由に組み合わせて実施することができる。

第一の実施形態に係る効果付与装置１０の構成図である。 第一の実施形態の変形例に係る効果付与装置１０の構成図である。 クリップ電圧決定部の回路を説明する図である。 制限回路を説明する図である。

（第一の実施形態）
以下、好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、以下に記載されている実施形態は、システムの構成や各種条件により適宜変更が可能であり、例示した形態に限定されるものではない。
第一の実施形態に係る効果付与装置は、入力された音声信号に対して音響効果（歪み効果）の付与を行い、増幅して出力する装置（歪付与装置）である。

本実施形態に係る効果付与装置１０の構成を、図１を参照しながら説明する。
効果付与装置１０は、音声入力端子１０１、アッテネータ１０２、プリアンプ１０３、制限回路１０４、パワーアンプ１０５、操作子１０６、クリップ電圧決定部１０７、電源回路１０８、音声出力端子１０９を有して構成される。
音声入力端子１０１は、音声信号を入力する端子である。本実施形態では、音声入力端子１０１には、アナログ信号に変換された音声信号が入力される。入力された音声信号は、プリアンプ１０３およびパワーアンプ１０５によって増幅され、音声出力端子１０９から出力される。

アッテネータ１０２は、操作子１０６（後述）によって指定された条件に従って、入力された音声信号のレベルを減衰させる手段である。例えば、スタジオやステージ、自宅など、演奏環境に合わせた減衰率をユーザが指定し、これに従って音声信号のレベルを減衰させる（パワーコントロールとも称する）。

プリアンプ１０３は、前置増幅器とも呼ばれ、入力された音声信号に対して調整および増幅を行う回路である。プリアンプ１０３により、音声信号のレベル調整、イコライジング、バランス調整などを行うことができる。なお、プリアンプ１０３は、特定の真空管の模擬を行ってもよい。
アッテネータ１０２およびプリアンプ１０３が、第一増幅手段に該当する。なお、本実施形態では、アッテネータ１０２とプリアンプ１０３を独立させているが、アッテネータ１０２の機能をプリアンプ１０３に組み込んでもよい。

制限回路１０４は、パワーアンプ１０５に入力される音声信号の電圧を制限する手段である。具体的には、音声信号のレベルが制限回路１０４に設定された電圧の閾値に達した場合に、パワーアンプ１０５の入力端における信号レベルを抑制する。換言すると、プリアンプ１０３から出力され、パワーアンプ１０５に入力される音声信号のレベルが制限回路１０４によってクリップ（制限）される。これにより、真空管アンプによるオーバードライブ効果を模擬することができる。制限回路１０４が利用する電圧の閾値は、後述するクリップ電圧決定部１０７が決定した電圧に基づいて決定される。当該電圧の詳細な決定方法については後述する。

パワーアンプ１０５は、入力された音声信号を、スピーカの駆動に適したレベルに増幅し、出力する音声増幅器（電力増幅器）である。
操作子１０６は、音声レベルの減衰率を指定するインタフェースである。例えば、押しボタンスイッチなどによって、任意の減衰率を指定ないし選択することができる。

クリップ電圧決定部１０７は、制限回路１０４が入力信号を制限する際の電圧の基準値（クリップ電圧）を決定する回路である。制限回路１０４は、前述したように、真空管アンプによるオーバードライブ効果を発生させる回路である。
本実施形態に係る効果付与装置１０では、パワーコントロールを変更、すなわち、入力信号の減衰量を選択することができる。本実施形態では、クリップ電圧を、パワーコントロールに追従させて動的に変更する。これにより、パワーコントロール（すなわち、入力信号の減衰量）を変更しても、入力音声に歪みが発生するポイントを同じにすることができる。

ところで、パワーアンプによって、入力信号をスピーカ出力に適した大出力に増幅する場合、電源にかかる負荷の変動に応じて、パワーアンプに供給される電圧が変動する。ここで、電圧の変動に応じて歪み効果の現れ方も変動するという、真空管アンプに独自の効果を得るためには、クリップ電圧を、パワーアンプに供給される電源電圧に追従させることが好ましい。
本実施形態では、クリップ電圧決定部１０７は、（１）ユーザによって指定されたパワーコントロールと、（２）パワーアンプ１０５に供給される電源電圧の双方に基づいてクリップ電圧を決定する。当該構成によると、パワーコントロールの指定がいずれであるかにかかわらず、同一の音色変化効果を得ることができる。さらに、電源の負荷変動に起因する歪効果の変化を再現することができる。
なお、本明細書におけるクリップ電圧は基準値であり、制限回路１０４は、クリップ電圧に基づいて補正された値を、実際の電圧制限値として利用する。詳細については後述する。

電源回路１０８は、パワーアンプ１０５を駆動する電源を供給する回路である。電源回路１０８は、パワーアンプ１０５以外を駆動する電源を供給してもよい。
音声出力端子１０９は、増幅された音声信号を出力するインタフェースである。

図２は、本実施形態に係る効果付与装置１０の変形例である。図２は、プリアンプ１０３および制限回路１０４の組み合わせ（以下、プリアンプユニットと称する）がＡ〜Ｄの４種類設けられた場合の例である。かかる形態によると、模擬対象の真空管を複数種類（本例の場合４種類）の中から切り替えることができる。プリアンプユニットの切り替えは、装置に設けられた第二の操作子（セレクタ１１０）によって行うことができる。

次に、図３を参照しながら、クリップ電圧決定部１０７の詳細について説明する。図３は、クリップ電圧決定部１０７の回路図である。なお、図３の回路は、クリップ電圧として正電圧を生成する回路であるが、同様の回路によって、負電圧も生成される。正電圧と負電圧は同じ絶対値を取る。
図中のＶｐｐは、パワーアンプ１０５を駆動するための電源電圧である。Ｖｐｐは、電源回路１０８から取得することができる。Ａｖｃｃは、プリアンプ１０３を駆動するための安定化された電源電圧である。また、ＧＮＤは基準電圧である。

ユーザが操作子１０６を操作してパワーコントロールの指定を行うと、ＰＯＷ＿Ａ，ＰＯＷ＿Ｂ，ＰＯＷ＿Ｃのいずれかに電圧が印加される。なお、Ｒａ１〜Ｒａ３による合成抵抗を切り替えることができれば、電圧の印加パターンは３種類に限られない。
ここで、ＰＯＷ＿Ａのみに電圧を印加するとした場合、Ｖ１にかかる電圧は、式（１）のようになる。すなわち、電圧Ｖ１は、パワーアンプ電源の電圧Ｖｐｐを、パワーコントロールの指定に応じた比率であるＲｐ／（Ｒａ１＋Ｒｐ）によって分圧した電圧となる。
Ｖ１＝Ｖｐｐ（Ｒｐ／（Ｒａ１＋Ｒｐ）） ・・・式（１）

また、トランジスタＴｒ１のエミッタ電流とベース電流はほぼ等しいため、Ｖ３にかかる電圧は、式（２）のようになる。
Ｖ３＝Ｖ２（Ｒｌ／Ｒｅ） ・・・式（２）
このとき、Ｖ１≒Ｖ２とすると、式（３）が成り立つ。
Ｖ３＝Ｖｐｐ・Ｒｌ（Ｒｐ／Ｒａ１＋Ｒｐ）） ・・・式（３）
すなわち、電圧Ｖ３は、パワーアンプに供給される電源電圧を、パワーコントロールの指定に応じた比率で分圧した電圧であることが分かる。Ｖｃｌｐは、電圧Ｖ３に対してバッファを行った電圧となる。

以上に説明した回路により、パワーコントロールと、パワーアンプ１０５の電源電圧（駆動電圧）に応じたクリップ電圧（±Ｖｃｌｐ）が生成される。生成されたクリップ電圧（±Ｖｃｌｐ）は、制限回路１０４に入力される。

次に、図４を参照しながら、制限回路１０４の詳細について説明する。図中のＩＮには、プリアンプ１０３から出力された音声信号が入力される。本実施形態に係る制限回路１０４は、ダイオードクリッパーを有して構成され、印加した電圧（すなわち、クリップ電圧決定部１０７によって生成されたクリップ電圧である、±Ｖｃｌｐ）に応じて入力信号を制限する。これにより、入力されたクリップ電圧に追従した、クリップ後の波形が出力される。

さらに、本実施形態に係る制限回路１０４は、ダイオードクリッパーの前段に、クリップ前の音声信号を増幅する増幅器１０４−１が配置され、ダイオードクリッパーの後段に、クリップ後の音声信号を減衰させる減衰器１０４−２が配置される。かかる構成によると、増幅器１０４−１の増幅率、および、減衰器１０４−２の減衰率に応じて、クリップ電圧にオフセットを付加することができる。これにより、模擬する真空管のヘッドマージンの違いを付加することができる。増幅率および減衰率は、模擬対象である真空管に適合した値とすることが好ましい。例えば、図２の例の場合、制限回路１０４Ａ〜Ｄのそれぞれにおいて、増幅率および減衰率の組み合わせをそれぞれ異ならせてもよい。

以上説明したように、第一の実施形態に係る効果付与装置は、ユーザによって指定されたパワーコントロールと、パワーアンプに供給される電源電圧の双方に基づいて生成されたクリップ電圧によって、パワーアンプに入力される音声信号をクリップする。かかる構成によると、パワーコントロールの指定内容にかかわらず、同一の音色変化効果を得ることができる。また、電源負荷変動時のニュアンスを付与することができる。これにより、真空管パワーアンプのオーバードライブ時における歪音のダイナミックな変化感を再現することができる。

上記の実施形態はあくまでも一例であって、本開示はその要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施しうる。
例えば、実施形態の説明では、プリアンプユニットが１つまたは４つの場合を例示したが、例示した数以外のプリアンプユニットを切り替え可能としてもよい。

１０：効果付与装置
１０１：音声入力端子
１０２：アッテネータ
１０３：プリアンプ
１０４：制限回路
１０５：パワーアンプ
１０６：操作子
１０７：クリップ電圧決定部
１０８：電源回路
１０９：音声出力端子
１１０：セレクタ

Claims (5)

1. 入力された音声信号を、ユーザが設定した減衰率に基づいて減衰させ、前記減衰後の音声信号を増幅する第一増幅手段と、
   前記第一増幅手段と直列に接続された第二増幅手段と、
   前記第一増幅手段の出力端と前記第二増幅手段の入力端との間に接続され、前記第二増幅手段の入力電圧を所定のクリップ電圧に制限する制限手段と、を有し、
   前記制限手段は、前記減衰率に基づいて前記クリップ電圧を決定する
   ことを特徴とする、歪付与装置。
2. 前記第二増幅手段はパワーアンプであり、
   前記制限手段は、前記第二増幅手段の電源電圧を取得し、前記減衰率に加え、前記電源電圧にさらに基づいて前記クリップ電圧を決定する
   ことを特徴とする、請求項１に記載の歪付与装置。
3. 前記第一増幅手段は、前記ユーザによって指定された所定の真空管の特性を模擬し、
   前記制限手段は、前記ユーザによって指定された真空管の特性にさらに基づいて前記クリップ電圧を補正する
   ことを特徴とする、請求項２に記載の歪付与装置。
4. 前記制限手段は、前記第二増幅手段の電源電圧を、前記減衰率に基づいた所定の比で分圧した電圧を前記クリップ電圧とする
   ことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の歪付与装置。
5. 音声信号に歪効果を付与する歪付与装置が行う歪付与方法であって、
   入力された音声信号を、ユーザが設定した減衰率に基づいて減衰させる減衰ステップと、
   前記減衰後の音声信号を増幅させる第一増幅ステップと、
   前記第一増幅ステップによって増幅された音声信号の電圧を所定のクリップ電圧に制限する制限ステップと、
   前記制限後の音声信号を増幅させる第二増幅ステップと、
   を含み、
   前記制限ステップでは、前記減衰率に基づいて前記クリップ電圧を決定する
   ことを特徴とする、歪付与方法。
   

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