JP2739665B2 - 音響装置のディストーション装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、入力された楽音信号に
歪みを加えて豊かな楽音を発生する電子楽器のディスト
ーション装置に関する。

【０００２】近年、電子楽器において、種々の音楽的効
果を発揮させるために、故意に楽音信号に歪みを加えて
発音させるディストーション装置が開発され、実用に供
されている。

【０００３】かかるディストーション装置は、入力され
た楽音信号に所定の加工を施して出力することにより実
現されるが、加工方法によっては耳障りな楽音が生成さ
れることもあり改善が望まれている。

【０００４】

【従来の技術】従来、電子楽器に用いられるディストー
ション装置として、アナログディストーションと同等の
機能をデジタル信号処理で実現するものが知られてい
る。かかるディストーション装置は、例えば、入力され
たデジタル楽音波形を所定のレベルでクリップすること
により楽音信号に歪みを加えて出力するように構成され
ている。

【０００５】しかしながら、このディストーション装置
では、楽音信号をアナログ的にクリップする場合と異な
り、クリップレベルが正確に一定であることに起因し、
発音される楽音中に奇数次の高調波が多く含まれ、耳障
りな音になってしまうという欠点があった。

【０００６】そこで、アナログディストーションと同様
の効果を得るために、アナログディストーションを模擬
した入出力特性を有する変換テーブルや関数変換手段を
備え、これら変換テーブルや関数変換手段を用いて入力
された楽音信号に所定の変換を施すことにより、所望の
快いディストーション効果を得るという方法が採用され
ていた。

【０００７】しかしながら、変換テーブルを用いる構成
では、テーブルのデータのためのメモリを必要とすると
いう問題があった。また、関数変換手段を用いる構成で
は、関数変換回路の構成が複雑になったり、関数変換の
ための処理が複雑になる等の問題があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、かかる事
情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で快いディスト
ーション効果を得ることのできるディストーション装置
を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明のデ
ィストーション装置は、上記目的を達成するために、デ
ジタル楽音信号を入力する入力手段と、該入力手段によ
り入力されたデジタル楽音信号を微分する微分手段と、
該微分手段で微分された値と前記入力手段で入力された
デジタル楽音信号とを乗算する乗算手段とにより構成さ
れる。

【００１０】また、同様の目的で、請求項２記載の発明
のディストーション装置は、上記請求項１記載の構成に
加えて、前記乗算手段の乗算結果と前記デジタル楽音信
号とを混合する混合手段を具備したことを特徴とする。

【００１１】さらに、同様の目的で、請求項３記載の発
明のディストーション装置は、上記請求項１又は２記載
の構成に加えて、前記微分手段が出力する値に、所定の
係数を加算する加算手段を備え、該加算手段の出力を前
記乗算手段に供給するように構成したことを特徴とす
る。

【００１２】

【作用】本発明は、同じ位相の正弦波と余弦波とを乗算
することにより倍周期の波形が得られるという特性に着
目してなされたものである。

【００１３】即ち、請求項１記載の発明は、入力された
正弦波成分を含む楽音信号を微分手段で微分することに
より余弦波成分を含む信号を生成し、この余弦波成分を
含む信号と元の正弦波成分を含む信号とを乗算手段で乗
算することにより倍の周波数の正弦波成分を含む楽音信
号を生成し、これをディストーション効果がかけられた
楽音信号として出力する。

【００１４】また、請求項２記載の発明は、上記乗算手
段で生成された倍の周波数の正弦波成分を含む楽音信号
と元の正弦波成分を含む楽音信号とを混合することによ
り倍音を含んだ楽音信号を生成し、これをディストーシ
ョン効果がかけられた楽音信号として出力する。

【００１５】さらに、請求項３記載の発明は、微分手段
の出力に所定のバイアスを加算した後に入力された正弦
波成分を含む楽音信号と乗算し、これを直接又は混合手
段により元の楽音信号と混合してディストーション効果
がかけられた楽音信号として出力する。

【００１６】以上により、従来のように変換テーブルを
用意したり、複雑な関数変換回路を備えることなく簡単
な構成で、偶数次の高調波を多く含んだ、快いディスト
ーション効果を発揮できるディストーション装置を実現
できるものとなっている。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例につき図面を参照しな
がら説明する。

【００１８】図１は、本発明に係るディストーション装
置の要部の構成を概略的に示すブロック図である。

【００１９】図において、１０は中央処理装置（ＣＰ
Ｕ）であり、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）１１に記憶
されている制御プログラムに従って当該ディストーショ
ン装置の各部を制御するものである。後述するディスト
ーション回路１７の係数Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３も、このＣＰ
Ｕ１０の制御の下に与えられる。

【００２０】上記ＲＯＭ１１は、上述したようにＣＰＵ
１０を動作させる制御プログラムの他、各部の制御に必
要な種々の固定データを含んでいる。

【００２１】１２はランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）
であり、ＣＰＵ１０の処理に必要なワークエリアの他、
本ディストーション装置を動作させるための種々の情報
が記憶されるレジスタ、フラグ、バッファ等が定義され
ている。

【００２２】１３は操作パネルであり、本発明の特徴に
直接関係するディストーション効果を生じさせるための
ディストーションスイッチの他、該ディストーション装
置を操作する各種スイッチが含まれている（いずれも図
示しない）。これら各スイッチの状態は、内蔵されるパ
ネルスキャン回路によって検知される。

【００２３】また、操作パネル１３には、上記各種スイ
ッチ類の他、各種情報を表示するための表示器（図示し
ない）が設けられている。

【００２４】１４は入出力インタフェースであり、上記
操作パネル１３とＣＰＵ１０との間のデータの受渡しを
制御するものである。

【００２５】１６はＡ／Ｄ変換器であり、入力されたア
ナログ楽音信号を所定のレートでサンプリングし、例え
ば１６ビットのデジタル楽音信号ＳＩに変換するもので
ある。入力される楽音信号は、別の電子楽器、例えばキ
ーボード、電子オルガン、電気ギター、或いはシンセサ
イザー等が出力するアナログ楽音信号である。

【００２６】このＡ／Ｄ変換器１６が出力する例えば１
６ビットのデジタル楽音信号ＳＩはディストーション回
路１７に供給されるようになっている。

【００２７】１７は本発明のディストーション装置の主
要部をなすディストーション回路であり、ＣＰＵ１０の
制御の下に動作するようになっている。このディストー
ション回路１７が出力するデジタル楽音信号ＳＯはＤ／
Ａ変換器１８に供給されるようになっている。このディ
ストーション回路１７の詳細については後述する。

【００２８】１８はＤ／Ａ変換器であり、ディストーシ
ョン回路１７が出力する１６ビットのデジタル楽音信号
ＳＯをアナログ楽音信号に変換して出力するものであ
る。このＤ／Ａ変換器１８の出力が、例えばスピーカ等
のサウンドシステムに供給され、発音が行われることに
なる。

【００２９】上記ＣＰＵ１０、ＲＯＭ１１、ＲＡＭ１
２、入出力インタフェース１４及びディストーション回
路１７は、システムバス１５を介して相互に接続される
ようになっている。

【００３０】第２図は、上記ディストーション回路１７
の実施例の構成を示す回路図である。このディストーシ
ョン回路１７は、一種のＩＩＲ型のデジタルフィルタで
構成されるものであり、与えられる係数に応じてそのフ
ィルタリング特性、つまり楽音信号の変換特性が決定さ
れるものである。

【００３１】図において、２０〜２２は加算器、２３〜
２５は乗算器、２６は遅延回路であり、これらが図示す
るように接続されて一種のＩＩＲ型のデジタルフィルタ
が構成されている。

【００３２】図において、３０は疑似微分回路であり、
加算器２１と遅延回路２６とにより構成されている。加
算器２１の一方の入力にはＡ／Ｄ変換器１６が出力する
デジタル楽音信号ＳＩがそのまま供給され、他方の入力
には遅延回路２６で単位時間だけ遅延されたデジタル楽
音信号が供給されるようになっている。

【００３３】そして、この加算器２１は、減算器として
動作するように制御される。即ち、加算器２１は、上記
デジタル楽音信号ＳＩから遅延回路２６の出力を減算し
て出力するようになっている。

【００３４】これは単位時間における入力楽音信号の差
分値を求めることに等しく、換言すれば楽音波形の所定
位置での傾きを求めることに等しい。したがって、これ
を擬似的に微分値とみなす。この疑似微分回路３０の出
力は、加算器２２に供給される。

【００３５】加算器２２は、疑似微分回路３０から供給
される微分値と、ＣＰＵ１０から与えられる定数Ｃ３と
を加算するものである。この定数Ｃ３は、上記微分値に
バイアスを与えるもので、後述するように、元波形の周
波数成分を生成するために使用されるものである。この
加算器２２の出力は乗算器２４に供給されるようになっ
ている。

【００３６】乗算器２４は、Ａ／Ｄ変換器１６が出力す
るデジタル楽音信号ＳＩと、上記加算器２２が出力する
信号とを乗算するものである。この乗算により倍の周波
数成分の信号を生成するようになっている。この乗算器
２４の出力は、乗算器２５に供給されるようになってい
る。

【００３７】乗算器２５は、上記乗算器２４の出力信号
とＣＰＵ１０から与えられる係数Ｃ２とを乗算するもの
である。この係数Ｃ２は、当該ディストーション回路の
フィルタリング特性を制御するために使用される。この
乗算器２５の出力は、加算器２０の一方の入力に供給さ
れるようになっている。

【００３８】一方、上記Ａ／Ｄ変換器１６が出力するデ
ジタル楽音信号ＳＩは、乗算器２３の一方の入力に供給
されるようになっている。この乗算器２３の他方の入力
には、ＣＰＵ１０から与えられる係数Ｃ１が供給される
ようになっている。この係数Ｃ１も、当該ディストーシ
ョン回路のフィルタリング特性を制御するために使用さ
れる。

【００３９】この乗算器２３で乗算された結果は、加算
器２０の他方の入力に供給されるようになっている。

【００４０】加算器２０は、混合手段として作用するも
のであり、、上述したように、乗算器２３の出力と乗算
器２５の出力とを加算して出力する。この加算器２０の
出力は、デジタル楽音信号ＳＯとしてＤ／Ａ変換器１８
に供給されるようになっている。

【００４１】以上の構成において、図３のフローチャー
トを参照しながら動作について説明する。

【００４２】先ず、楽音信号の入力が行われる（ステッ
プＳ１０）。これは、例えばキーボード、電子オルガ
ン、電気ギター、或いはシンセサイザー等の電子楽器
（図示しない）を演奏することにより発生するアナログ
楽音信号を入力する処理である。この入力されたアナロ
グ楽音信号は、Ａ／Ｄ変換器１６に供給される。

【００４３】次いで、Ａ／Ｄ変換処理が行われる（ステ
ップＳ１１）。即ち、Ａ／Ｄ変換器１６において、入力
されたアナログ楽音信号を所定のレートでサンプリング
し、デジタル楽音信号に変換して出力する。このデジタ
ル楽音信号ＳＩは、フィルタ部として構成されるディス
トーション回路１７に供給される。

【００４４】そして、ディストーション回路１７では、
先ず差分算出処理が行われる（ステップＳ１２）。これ
は、上述したように、現在のデジタル楽音信号から単位
時間前のデジタル楽音信号を減算する処理である。これ
により、擬似的に微分値を算出している。

【００４５】いま、入力されたデジタル楽音信号が正弦
波（ＳＩＮ波）であるとすると、この微分値は余弦波
（ＣＯＳ波）となる。

【００４６】次いで、この算出された余弦波（ＣＯＳ
波）と入力されたデジタル楽音信号である正弦波（ＳＩ
Ｎ波）との乗算が行われる（ステップＳ１３）。従っ
て、 ＳＩＮθ（元波形）×｛ＣＯＳθ（微分値）＋Ｃ３｝ ＝（１／２）・ＳＩＮ（２θ）＋Ｃ３・ＳＩＮθ の演算が行われることになる。

【００４７】上記式からも理解できるように、元波形と
微分波形との乗算により倍の周波数の正弦波形が得られ
る。また、上記乗算では、バイアスＣ３が与えられるこ
とにより元波形の成分も得られる。

【００４８】次いで、上記乗算結果と入力されたデジタ
ル楽音信号とのミックスが行われる（ステップＳ１
４）。このミックスは、例えば加算により実現される。

【００４９】そして、ミックスされたデジタル楽音信号
をＤ／Ａ変換する（ステップＳ１５）。これにより、所
定の歪が加えられたアナログ楽音信号が生成されること
になる。

【００５０】そして、このアナログ楽音信号が出力され
る（ステップＳ１６）。このアナログ楽音信号は、例え
ば図示しないサウンドシステムに供給され、ディストー
ション効果を有する楽音が発生されることになる。

【００５１】以上のように、上記実施例によれば、入力
された正弦波成分を含む楽音信号を疑似微分回路３０で
微分することにより余弦波成分を含む信号を生成し、こ
の余弦波成分を含む信号に加算器２２で所定のバイアス
Ｃ３を加算した信号と元の正弦波成分を含む楽音信号と
を乗算器２４で乗算することにより倍の周波数の正弦波
成分を含む楽音信号を生成する。

【００５２】そして、この倍の周波数の正弦波成分を含
む楽音信号と元の正弦波成分を含むデジタル楽音信号と
を混合することにより倍音を含んだ楽音信号を生成し、
これをディストーション効果がかけられた楽音信号とし
て出力する。

【００５３】以上により、従来のように変換テーブルを
用意したり、複雑な関数変換回路を備えることなく、デ
ジタルフィルタ回路を用いた簡単な構成で、偶数次の高
調波を多く含んだ、快いディストーション効果を発揮す
る楽音信号を得ることができるものとなっている。

【００５４】また、ディストーション回路としてデジタ
ルフィルタ回路を用いたので、これに所定の係数を与え
ることにより任意のフィルタリング特性、換言すれば任
意の変換特性を有するディストーション装置を実現でき
るものとなっている。

【００５５】また、入力波形の周波数特性によって出力
特性が変化するため音色変化をよりはっきりさせること
ができる効果を有する。また、入力レベルによっても出
力特性が変わるためエンベロープをよりはっきりさせる
効果を有している。

【００５６】なお、上記実施例では楽音信号としてＳＩ
Ｎ波が入力された場合について説明したが、他の波形に
ついても類似の効果が得られる。

【００５７】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれば
簡単な構成で快いディストーション効果を得ることので
きるディストーション装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のディストーション装置の実施例の構成
を示すブロック図である。

【図２】本発明のディストーション装置のディストーシ
ョン回路の詳細な構成を示す回路図である。

【図３】本発明の実施例の動作を説明するためのフロー
チャートである。

【符号の説明】

１０ ＣＰＵ １１ ＲＯＭ １２ ＲＡＭ １３ 操作パネル １４ 入出力インタフェース １５ システムバス １６ Ａ／Ｄ変換器 １７ ディストーション回路 １８ Ｄ／Ａ変換器

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 デジタル楽音信号を入力する入力手段
   と、 該入力手段により入力されたデジタル楽音信号を微分す
   る微分手段と、 該微分手段で微分された値と前記入力手段により入力さ
   れたデジタル楽音信号とを乗算する乗算手段とを具備し
   たことを特徴とする音響装置のディストーション装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記乗算手段の乗算
   結果と前記デジタル楽音信号とを混合する混合手段を具
   備したことを特徴とする音響装置のディストーション装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、前記微分手段
   が出力する値に、所定のバイアスを加算する加算手段を
   備え、該加算手段の出力を前記乗算手段に供給すること
   を特徴とする音響装置のディストーション装置。