JP2021108438A - 楽音信号の増幅器 - Google Patents

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Abstract

【課題】電源電圧を超える楽音信号の波形を出力可能な増幅器を提供する。【解決手段】増幅器は、電源と、楽音信号の入力端子と、電源を用いて楽音信号を増幅する増幅回路と、増幅回路の出力端に接続され、電源の電圧値を超える波形を出力する跳ね上げ回路と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、楽音信号の増幅器に関する。
従来、真空管の電気的特性を模擬する回路をギターアンプに適用することが知られており、真空管アンプ独特の入出力特性を模擬する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、ギター入力信号のレベルに応じて、フィルタ乗数を調整することにより、真空管アンプ独特の歪感を模擬した発明が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特公昭５９−０５１１６７号公報 特許第３３３６０８９号公報
従来技術では、真空管アンプの波形形状は模擬できても、電源電圧を超える波形を出力することができなかった。
本発明は、電源電圧を超える楽音信号の波形を出力可能な増幅器を提供することを目的とする。
本発明の実施例の一つは、電源と、
楽音信号の入力端子と、
前記電源を用いて前記楽音信号を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路の出力端に接続され、前記電源の電圧値を超える波形を出力する跳ね上げ回路と、
を含む増幅器である。
増幅器は、前記跳ね上げ回路の出力端がスピーカ負荷に直列接続されている、構成を採用し得る。また、増幅器は、前記跳ね上げ回路は、前記跳ね上げ回路の出力波形を制御する跳ね上げ制御回路を含む構成を採用し得る。
また、増幅器における、前記跳ね上げ回路は、誘導性負荷と容量性負荷とから構成される共振回路である構成を採用し得る。また、前記跳ね上げ回路は、誘導性負荷と、第１の容量性負荷と、前記誘導性負荷と前記容量性負荷との間に接続された整流素子とを含む共振回路である、構成を採用してもよい。また、前記跳ね上げ回路は、誘導性負荷と、第１の容量性負荷と、ダンピング要素を含む第２の容量性負荷と、前記誘導性負荷と前記第１の容量性負荷との間に接続された整流素子とを含む共振回路である、構成を採用してもよい。
図１は、ギターアンプに適用可能な増幅器（パワーアンプ）の回路構成を示す。 図２は、増幅器の電源電圧を示す。 図３は、跳ね上げ回路の構成例を示す。 図４は、跳ね上げ回路の構成例を示す。 図５は、真空管アンプの入出力波形の例を示す。 図６は、跳ね上げ回路に対する入力波形と、第１〜第３の跳ね上げ回路の出力波形を示す。 図７は、第１の跳ね上げ回路の出力波形を示す。 図８は、第３の跳ね上げ回路の出力波形を示す。 図９は、第３の跳ね上げ回路に正側の入力信号が入力される場合における等価回路を示す。 図１０は、第３の跳ね上げ回路に負側の入力信号が入力される場合における等価回路を示す。
以下、図面を参照して、増幅回路の実施形態について説明する。実施形態の構成は例示であり、実施形態の構成に限定されない。図１は、ギターアンプに適用可能な増幅器１（増幅回路：パワーアンプ）の回路構成を示す。増幅器１は、真空管アンプを模擬した波形が得るように構成される。図２は、電源電圧ＶＣＣ及びＶＥＥを示す。
図１において、オペアンプＩＣ１、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２は、入力端子ｔ１から入力される入力信号ｅ１の増幅回路１０である。所定周波数のパルスである入力信号ｅ１を出力する発振器１２が入力端子ｔ１に接続されている。入力信号は、ギターアンプに接続されるエレキギターの演奏による楽音信号である。なお、図１に示す増幅回路１０は、非反転増幅回路であるが、反転増幅回路を適用してもよい。
増幅器の出力端子ｔ２には、スピーカ負荷３０が接続される。スピーカ負荷３０は、スピーカユニットの純抵抗成分である抵抗Ｒ５と、寄生誘導成分Ｌ２とからなる。スピーカユニットは、一般的なギターアンプに採用されるスピーカユニットを想定する。
増幅回路１０と出力端子ｔ２との間には、跳ね上げ回路２０（第１の跳ね上げ回路）が挿入されている。すなわち、増幅回路１０からの信号は、跳ね上げ回路２０を通過した後に、スピーカ負荷３０に接続される。跳ね上げ回路２０は、図１に示す例では、誘導性負荷であるコイルＬ１と、容量性負荷であるコンデンサＣ１及びＣ２とから構成される共振回路である。但し、図３に示すように、ダンピング抵抗Ｒ６及びＲ７を追加した共振回路である跳ね上げ回路２０Ａ（第２の跳ね上げ回路）を採用してもよい。或いは、図４に示すように、整流素子であるダイオードＤ１及びＤ２と、抵抗Ｒ３とを追加した跳ね上げ回路２０Ｂ（第３の跳ね上げ回路）の構成を採用してもよい。
図４は、真空管アンプに、周期１ｋＨｚの矩形波（図４の上段）を入力した場合に観測されるスピーカ負荷への出力波形（図４の下段）を示す。真空管アンプによれば、以下の特徴を有する、いわゆる跳ね上がり波形出力が観測される。
（１）波形の立ち上がり及び立下り時に、特に大きく跳ね上がる（オーバーシュートを生じる）。
（２）跳ね上がりのピーク電圧値（波高値）は、電源電圧よりも大きな値となる。
図１に示した増幅器に対する入力信号（ｅ１）として、正側波形と負側波形による周期１ｋＨｚの矩形波を採用する。これは、エレキギターの出力楽音波形の想定のうち、ギターをピッキングした直後のいわゆるアタック波形の特性を観測するのに適した波形である。
図６は、跳ね上げ回路２０、２０Ａ、及び２０Ｂの入出力波形を示す。図６の最上段は、図１の観測点（２）における波形、すなわち、跳ね上げ回路に対する入力波形を示す。
図６の上から２段目、及び図７は、跳ね上げ回路２０を採用した場合における、図１中の観測点（３）の波形、すなわち、跳ね上げ回路２０の出力波形を示す。
入力波形に対し、跳ね上げ回路２０の出力波形は、波形の立ち上がり時及び立下り時において、複数のピークを有する共振波（リンギング）が発生する。共振を含めた第１ピークの波高値は電源電圧（±４０Ｖ）を超えてり、いわゆる跳ね上げ効果が発生している。これは、波形の立ち上がりと立ち下り時においてＬ1と（Ｃ１＋Ｃ２）による共振が起こ
るためである。
しかし、図７に示すように、第1ピークのオーバーシュートに続いて、第１ピークのア
ンダーシュートやその後の第２ピーク以降のピークが発生し、波打ちながら減衰する状態となっている。このように、図５に示したような、真空管アンプの波形の特徴、、波形の立上がリ時及び立下り時に特に大きく跳ね上がる（跳ね下がる）波形とならない。
図６の上から３段目に示す出力波形は、最上段の入力波形に対する、跳ね上げ回路２０Ａの出力波形（図１の観測点（３）での波形）を示す。跳ね上げ回路２０の出力波形（図６中の上から２段目）に比べると、抵抗Ｒ６及びＲ7によるダンピング効果が加わること
により、コイルＬ1とコンデンサＣ1の共振、及びコイルＬ1とコンデンサＣ２の共振が抑
制されている。
もっとも、跳ね上げ回路２０Ａの出力波形でも、第１ピークのオーバーシュート及び第１ピークのアンダーシュートに続く、第２以降のピークが発生しており（リンギングが生じており）、真空管アンプの出力波形（図５）のような、１回のオーバーシュートやアンダーシュートがおきる波形とならない。
図６の上から４段目（最下段）、及び図８に示す出力波形は、最上段の入力波形に対する、跳ね上げ回路２０Ｂの出力波形（図１の観測点（３）での波形）を示す。跳ね上げ回路２０Ｂの出力波形では、入力パルスの立ち上がり及び立ち下がりに対応する立ち上がり時及び立下り時において、第１ピークを有する共振波（オーバーシュート及びアンダーシュート）が発生する。共振を含めた第１ピークの波高値は電源電圧（±４０Ｖ）を超えており、いわゆる跳ね上げ効果が発生している。
また、跳ね上げ回路２０及び２０Ａとの比較において、跳ね上げ回路２０Ｂでは、第１ピークのオーバーシュート及びアンダーシュート以降における振れ幅が殆どなく、リンギングが生じていないと云える。すなわち、真空管アンプの出力波形に近い波形となる。
図９は、跳ね上げ回路２０Ｂに対して正側の入力波形を入力した場合における、跳ね上げ回路２０Ｂの等価回路を示す。等価回路は、第１の容量性負荷であるコンデンサＣ１と、ダンピング要素である抵抗Ｒ３を含む第２の容量性負荷であるコンデンサＣ２と、誘導性負荷であるコイルＬ１とコンデンサＣ１との間に接続された整流素子であるダイオードＤ１とを含む。この回路を用いて跳ね上げ回路２０Ｂの動作を説明すると、コイルＬ１と、コンデンサＣ１及びＣ２との共振によって、図８に示した第１ピークのオーバーシュートが発生する。このとき、ダンピング抵抗Ｒ３を介さないコンデンサＣ1とコイルＬ１と
の共振が支配的な影響を与える。この間、ダンピング抵抗Ｒ３を介してコンデンサＣ２に遅れて電荷がチャージされる。
第1ピークのオーバーシュートの後では、コイルＬ１とコンデンサＣ１との共振により
第１ピークのアンダーシュートやその後の第２ピーク以降のピークを誘発する。しかし、コンデンサＣ２に電荷が遅れてチャージされていることにより、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ２によって構成される積分回路により、コイルＬ１とコンデンサＣ１とによる共振により
誘発される第1ピークのアンダーシュートやその後の第２ピーク以降のピークの発生が抑
制される。
図１０は、跳ね上げ回路２０Ｂに対して負側の入力波形を入力した場合における、跳ね上げ回路２０Ｂの等価回路を示す。図１０の構成は、図９の構成との比較において、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２との機能的役割が入れ替わることになるが、上記した正側波形入力時の説明と同じ原理で動作する。
なお、コイルＬやコンデンサＣの代わりに、電子回路等で構成した電子誘導性負荷や電子容量性負荷を適用してもよい。以上のように、実施形態に係る増幅器１の跳ね上げ回路２０、２０Ａ、２０Ｂによれば、跳ね上げ回路によって、入力パルスの立ち上がり及び立ち下がりに応じて、電源電圧を超えるオーバーシュート及びアンダーシュートが生じた出力波形を得ることができる。また、跳ね上げ回路２０Ａや２０Ｂによれば、リンギングを抑えて真空管アンプの出力波形に近似した出力波形を得ることができる。実施形態にて示した構成は、目的を逸脱しない範囲で適宜組み合わせることができる。
１・・・増幅器
１０・・・増幅回路
２０、２０Ａ、２０Ｂ・・・跳ね上げ回路
３０・・・スピーカ負荷
本発明の実施例の一つは、電源と、
楽音信号の入力端子と、
前記電源を用いて前記楽音信号を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路の出力端に接続され、前記電源の電圧値を超える波形を出力する回路と、を含む増幅器である。回路は、例えば跳ね上げ回路である。
増幅器は、前記跳ね上げ回路の出力端がスピーカ負荷に直列接続されている、構成を採用し得る。また、増幅器における前記回路は、前記回路の出力波形を制御する跳ね上げ制御回路を含む構成を採用し得る。
図５は、真空管アンプに、周期１ｋＨｚの矩形波（図４の上段）を入力した場合に観測されるスピーカ負荷への出力波形（図４の下段）を示す。真空管アンプによれば、以下の特徴を有する、いわゆる跳ね上がり波形出力が観測される。
（１）波形の立ち上がり及び立下り時に、特に大きく跳ね上がる（オーバーシュートを生じる）。
（２）跳ね上がりのピーク電圧値（波高値）は、電源電圧よりも大きな値となる。
しかし、図７に示すように、第1ピークのオーバーシュートに続いて、第１ピークのア
ンダーシュートやその後の第２ピーク以降のピークが発生し、波打ちながら減衰する状態となっている。このように、図５に示したような、真空管アンプの波形の特徴である、波形の立上がリ時及び立下り時に特に大きく跳ね上がる（跳ね下がる）波形とならない。

Claims (6)

  1. 電源と、
    楽音信号の入力端子と、
    前記電源を用いて前記楽音信号を増幅する増幅回路と、
    前記増幅回路の出力端に接続され、前記電源の電圧値を超える波形を出力する跳ね上げ回路と、
    を含む増幅器。
  2. 前記跳ね上げ回路の出力端がスピーカ負荷に直列接続されている
    請求項１に記載の増幅器。
  3. 前記跳ね上げ回路は、前記跳ね上げ回路の出力波形を制御する跳ね上げ制御回路を含む請求項１又は２に記載の増幅器。
  4. 前記跳ね上げ回路は、誘導性負荷と容量性負荷とから構成される共振回路である
    請求項１から３のいずれか一項に記載の増幅器。
  5. 前記跳ね上げ回路は、誘導性負荷と、容量性負荷と、前記誘導性負荷と前記容量性負荷との間に接続された整流素子とを含む共振回路である
    請求項１から３のいずれか一項に記載の増幅器。
  6. 前記跳ね上げ回路は、誘導性負荷と、第１の容量性負荷と、ダンピング要素を含む第２の容量性負荷と、前記誘導性負荷と前記第１の容量性負荷との間に接続された整流素子とを含む共振回路である
    請求項１から３のいずれか一項に記載の増幅器。
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