JP2757740B2 - ディストーション回路 - Google Patents

ディストーション回路

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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/32Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
    • H03F1/3241Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion using predistortion circuits
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/60Amplifiers in which coupling networks have distributed constants, e.g. with waveguide resonators
    • H03F3/602Combinations of several amplifiers

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、楽音信号等のオーデ
ィオ信号を加工して音を歪ませる効果であるディストー
ション効果を付与するディストーション回路に関する。
【0002】
【従来の技術】ディジタルのオーディオ信号にディスト
ーション効果を付与するディストーション回路をディジ
タル回路で構成するには、たとえば、図7に示すよう
に、図8(b)に示す入出力特性を有する非線形テーブ
ル1で構成する場合や、図9に示すように、入力データ
に増幅用係数を乗算する増幅乗算器2と、増幅乗算器2
の乗算結果に減衰用係数を乗算する減衰乗算器3とで構
成する場合がある。図7に示す非線形テーブル1に、図
8(a)に示すサイン波データを入力すると、図8
(c)に示すように、破線で示す部分が歪んだ出力デー
タが出力される。
【0003】また、図9に示す増幅乗算器2に、図10
(a)に示すサイン波データを入力すると、増幅乗算器
2において、サイン波データと増幅用係数とが乗算さ
れ、その乗算の結果、振幅の大きい部分については、増
幅乗算器2に内蔵されているリミット回路によってその
振幅レベルが制限される。次に、増幅乗算器2の出力デ
ータは、減衰乗算器3において、減衰用係数と乗算さ
れ、適正なレベルに調整される。これにより、減衰乗算
器3からは、図10(b)に示すように、波形が歪んだ
出力データが出力される。
【0004】増幅乗算器2は、図11に示すように、乗
算器4とリミット回路5とから構成されている。増幅乗
算器2の入力ビット幅および出力ビット幅は、ともにp
ビット(pは正の整数)である。しかしながら、乗算器
4の乗算結果のビット幅がqビット(qは正の整数、p
<q)となる場合がある。そこで、乗算器4の乗算結果
のビット幅が増幅乗算器2の出力ビット幅pより大きい
場合には、リミット回路5によって増幅乗算器2の出力
ビット幅pの最大値または最小値に制限するようにして
いる。
【0005】すなわち、乗算器4の乗算結果が正の値を
とり、かつそのビット幅が増幅乗算器2の出力ビット幅
pを越えている場合には、乗算器4の乗算結果のビット
幅をリミット回路5によって増幅乗算器2の出力ビット
幅pの最大値に制限し、いっぽう、乗算器4の乗算結果
が負の値をとり、かつそのビット幅が増幅乗算器2の出
力ビット幅pを越えている場合には、乗算器4の乗算結
果のビット幅をリミット回路5によって増幅乗算器2の
出力ビット幅pの最小値に制限するのである。以上説明
したディストーション回路により、サイン波データにデ
ィストーション効果が付与される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のディストーション回路において、図7に示すディス
トーション回路の場合、どんな特性のディストーション
効果でも実現できるという利点を有しているが、非線形
テーブル1を構成するのに大きなメモリ容量のROM等
のメモリが必要であるとともに、回路構成が複雑になる
という欠点があった。
【0007】また、図9に示すディストーション回路の
場合、構成が簡単であるという利点を有しているが、オ
ーディオ信号の歪始めが急激になるので、不自然なディ
ストーション効果が付与されてしまい、電子楽器には用
いるには不都合があった。この発明は、このような背景
の下になされたもので、簡単な構成で、オーディオ信号
に歪始めがなめらかなディストーション効果を付与する
ことができるディストーション回路を提供することを目
的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
よるディストーション回路は、入力信号の振幅を制限す
ることによりそれぞれ異なる歪み特性を付与する、少な
くとも2つの歪付与手段と、該少なくとも2つの歪付与
手段のそれぞれの出力信号を加算する加算手段とを具備
してなり、前記少なくとも2つの歪付与手段に同一の入
力信号を入力することを特徴としている。また、請求項
2に記載の発明によるディストーション回路は、入力信
号の振幅を制限することによりそれぞれ異なる歪み特性
を付与する、少なくとも2つの歪付与手段と、前記歪付
与手段の各々に対応して設けられ、各々対応する歪付与
手段の出力を減衰させる少なくとも2つの減衰手段と、
該少なくとも2つの減衰手段の各出力信号を加算する加
算手段とを具備してなり、前記少なくとも2つの減衰手
段の各々における減衰量は、前記加算手段における加算
結果が該加算手段の出力可能範囲を超えないように設定
されていることを特徴としている。
【0009】
【作用】請求項1記載の構成によれば、所定の波形を有
する同一の信号各歪付与手段に入力され、それぞれの
歪付与手段において、それぞれ異なる特性のディストー
ション効果が付与された後、加算手段において加算され
る。これにより、出力波形の歪始めを従来に比して滑ら
かにすることができる。 また、請求項2記載の構成によ
れば、所定の波形を有する同一の信号が各歪付与手段に
入力され、それぞれの歪付与手段において、それぞれ異
なる特性のディストーション効果が付与された後、各信
号は、加算手段によって互いに加算される際、加算結果
が該加算手段の出力可能範囲を超えないように、それぞ
れ対応する減衰手段において減衰される。これにより、
例えば、ディジタル信号の処理によってディストーショ
ン効果を付与する場合、加算結果が加算手段の出力ビッ
ト幅の最大値以上になることを防ぐことができる。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例に
ついて説明する。図1はこの発明の第1の実施例による
ディストーション回路の構成を示すブロック図であり、
この図において、6はディジタルのオーディオ信号が入
力される入力端子、7〜12はそれぞれ入力データに歪
ませるための増幅用係数k1〜k6(k1〜k6>1)をそ
れぞれ乗算する増幅乗算器、13〜18はそれぞれ入力
データに減衰用係数r1〜r6(0<r1〜r6<1)をそ
れぞれ乗算する減衰乗算器である。なお、増幅乗算器7
〜12は、図11に示す増幅乗算器2と同一の構成を有
しているものとする。
【0011】また、19は減衰乗算器13〜18のそれ
ぞれの出力データを加算する加算器、20は加算器19
の出力データにレベル調整用係数mを乗算する調整乗算
器、21はディストーション効果が付与されたオーディ
オ信号が出力される出力端子である。なお、減衰用係数
1〜r6は、加算器19において、加算結果が出力ビッ
ト幅の最大値以上にならないようにレベルを調整するた
めの係数である。
【0012】また、加算器19の加算結果のレベルが大
きくなる場合に適正な出力レベルになるようにレベルを
下げるために、調整乗算器20において、加算器19の
加算結果にレベル調整用係数mを乗算する。この調整乗
算器20は、ディストーション効果が付与されたオーデ
ィオ信号の音量調整の目的で設けられている。したがっ
て、レベル調整用係数mは、図示しない外部のディスト
ーション音量調整ツマミ等によって、演奏者が変更可能
である。
【0013】ところで、図1に示す構成によるディスト
ーション回路は、増幅乗算器を5段直列接続した例であ
るが、ここで、図2に増幅乗算器を2段直列接続した例
を示す。この図において、図1の各部に対応した部分に
は同一の符号を付け、その説明を省略する。このような
構成において、図2に示す入力端子6に、図3のaに示
す三角波データを入力すると、増幅乗算器7において、
三角波データと増幅用係数k1とが乗算され、増幅乗算
器7の乗算結果の、増幅乗算器7の出力ビット幅以上の
部分は、内蔵されているリミット回路により制限され、
増幅乗算器7の出力データは、図3のbに示す波形とな
る。
【0014】次に、増幅乗算器8において、増幅乗算器
7の出力データと増幅用係数k2とが乗算され、増幅乗
算器8の乗算結果の、増幅乗算器8の出力ビット幅以上
の部分は、内蔵されているリミット回路により制限さ
れ、増幅乗算器8の出力データは、図3のcに示す波形
となる。いっぽう、減衰乗算器13において、増幅乗算
器7の出力データと減衰用係数r1(たとえば、1/
2)とが乗算され、増幅乗算器13の出力データは、図
3のdの実線で示す波形となる。また、減衰乗算器14
において、増幅乗算器8の出力データと減衰用係数r2
(たとえば、1/2)とが乗算され、増幅乗算器14の
出力データは、図3のeに示す波形となる。
【0015】そして、加算器19において、減衰乗算器
13の出力データと、減衰乗算器14の出力データとが
加算され、加算器19の出力データ、すなわち、出力端
子21から出力されるディストーション効果が付与され
たデータは、図3のfに示す波形となる。つまり、図3
に示すように、出力波形fの部分f1の特性が改善さ
れ、歪始めが従来に比べてなめらかになる。なお、増幅
乗算器および減衰乗算器の段数を増やせば増やすほど、
出力波形の歪始めの特性をより改善することができる。
また、増幅乗算器7〜12において乗算する乗算係数k
1〜k6の値がたとえ小さくても、乗算器を直列に接続し
ているため、後段に行くほど大きな歪が得られる。その
ため、乗算器の演算ビット長にそれほど余裕がなくても
よい。
【0016】次に、この発明の第2の実施例について説
明する。図4はこの発明の第2の実施例によるディスト
ーション回路の構成を示すブロック図であり、この図に
おいて、図1の各部に対応した部分には同一の符号を付
け、その説明を省略する。図4において、22〜24は
それぞれ歪始めのポイントがそれぞれ異なる歪発生回路
である。歪発生回路22〜24は、たとえば、第1の実
施例と同様に、増幅乗算器によって構成され、各増幅乗
算器には、異なる係数が与えられる。これにより、各増
幅乗算器の歪始めのポイントがそれぞれ異なるのであ
る。なお、図4に示すディストーション回路の動作につ
いては、上述した第1の実施例とほぼ同様であるので、
その説明を省略する。
【0017】以上説明した第1および第2の実施例おい
て付与されるディストーション効果によって入力データ
にない高調波成分が多く発生するが、演奏者の望まない
高調波成分も多く発生してしまう。そこで、図1に示す
増幅乗算器7〜12、あるいは図4に示す歪発生回路2
2〜24(以下、これらを総称して歪付与回路という)
の後段にローパスフィルタなどのフィルタを設けて、演
奏者の望まない高調波成分を除去したデータを次段の歪
付与回路、あるいは減衰乗算器13〜18に供給するよ
うにすればよい。
【0018】この場合、演奏者の望まない高調波成分を
除去するためのフィルタとして、図5に示すフィルタ2
5を用いれば、従来のフィルタに比べて構成が簡単で効
率的な高調波の除去が可能である。図5において、入力
された歪付与回路の出力データは2系統に分けられ、一
方は加算器26に入力され、他方は入力されたデータを
1サンプリング周期だけ遅延させる遅延回路27に入力
される。そして、遅延回路27の出力データは、加算器
26に入力され、歪付与回路の出力データと加算された
後、フィルタ25から出力される。
【0019】加算器26と遅延回路27とによって構成
されるフィルタ25は、サンプリング周波数を周波数f
sとすると、図6に示すように、周波数2fsのコサイン
波形を全波整流したようなコムフィルタの特性を有する
ものとなる。たとえば、サンプリング周波数fsを32
kHzとした場合、その半分の周波数16kHzで振幅
特性が0となり、フィルタ25は、周波数範囲0〜16
kHzにおいては、ローパスフィルタとして動作する。
【0020】なお、上述した第1の実施例においては、
入力データを歪ませるために、増幅乗算器を用いる例を
示したが、これに限定されず、たとえば、これに代え
て、ビットシフトすることによって乗算を実現する構成
を用いてもよい。この場合には、回路構成がさらに簡単
になる。また、上述した説明では、第1および第2の実
施例において、歪付与回路の後段にフィルタ25を設け
て演奏者が望まない高調波成分を除去する例を示した
が、このフィルタ25の特性を演奏者が任意に設定でき
るように構成することによって、任意の高調波成分を除
去することができ、音色の細かな調整が可能となる。
【0021】以上説明したように、上述した第1の実施
例によれば、複数の歪付与回路を直列に接続した場合に
は、各歪付与回路の特性が同一であっても、出力データ
を異なる位置から取り出すことによって、異なるディス
トーション効果が付与されたデータが得られるので、歪
付与回路1つで歪の大きな波形を得る必要がなく、乗算
器の演算ビット長を増やさなくてもすむという利点があ
る。
【0022】また、上述した第1および第2の実施例に
おいて、歪付与回路の出力データをフィルタリングする
ことによって、ディストーション効果を付与することに
よって生じる、耳障りな倍音成分を効率的に除去するこ
とができる。さらに、この場合、図5に示すフィルタ2
5を用いると、簡単な構成で倍音成分を除去できるた
め、これらの回路をDSP(ディジタル・シグナル・プ
ロセッサ)によって構成する場合は、演算ステップ数が
節約でき、また、ハードウェアによって構成する場合
は、回路規模を小さくすることができ、コストを下げる
ことができる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1に記載
発明によれば、入力信号の振幅を制限することによりそ
れぞれ異なる歪み特性を付与する少なくとも2つの歪付
与手段と、該少なくとも2つの歪付与手段のそれぞれの
出力信号を加算する加算手段とを具備してなり、前記少
なくとも2つの歪付与手段に同一の入力信号を入力する
ので、簡単な構成で、オーディオ信号に歪始めがなめら
かなディストーション効果を付与することができる。
た、請求項2に記載の発明によれば、入力信号の振幅を
制限することによりそれぞれ異なる歪み特性を付与す
る、少なくとも2つの歪付与手段と、前記歪付与手段の
各々に対応して設けられ、各々対応する歪付与手段の出
力を減衰させる少なくとも2つの減衰手段と、該少なく
とも2つの減衰手段の各出力信号を加算する加算手段と
を具備してなり、前記少なくとも2つの減衰手段の各々
における減衰量は、前記加算手段における加算結果が該
加算手段の出力可能範囲を超えないように設定されてい
るので、例えば、ディジタル信号の処理によって入力信
号にディストーション効果を付与する場合、加算結果が
加算手段の出力ビット幅の最大値以上になることを防ぐ
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の第1の実施例によるディストーシ
ョン回路の構成を示すブロック図である。
【図2】 増幅乗算器を2段直列接続したディストーシ
ョン回路の構成を示すブロック図である。
【図3】 図2のディストーション回路の動作を説明す
るための図である。
【図4】 この発明の第2の実施例によるディストーシ
ョン回路の構成を示すブロック図である。
【図5】 この発明の第1および第2の実施例に適用し
て好適なフィルタ25の構成の一例を示すブロック図で
ある。
【図6】 図5のフィルタ25の周波数特性の一例を示
す図である。
【図7】 従来のディストーション回路の第1の構成例
を示すブロック図である。
【図8】 図7のディストーション回路の動作を説明す
るための図である。
【図9】 従来のディストーション回路の第2の構成例
を示すブロック図である。
【図10】 図9のディストーション回路の動作を説明
するための図である。
【図11】 増幅乗算器2の構成の一例を示すブロック
図である。
【符号の説明】
1……非線形テーブル、2,7〜12……増幅乗算器、
3,13〜18……減衰乗算器、4……乗算器、5……
リミット回路、6……入力端子、19,26……加算
器、20……調整乗算器、21……出力端子、22〜2
4……歪発生回路、25……フィルタ、27……遅延回
路。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力信号の振幅を制限することによりそ
    れぞれ異なる歪み特性を付与する、少なくとも2つの歪
    付与手段と、 該少なくとも2つの歪付与手段のそれぞれの出力信号を
    加算する加算手段とを具備してなり、 前記少なくとも2つの歪付与手段に同一の入力信号を入
    することを特徴とするディストーション回路。
  2. 【請求項2】 入力信号の振幅を制限することによりそ
    れぞれ異なる歪み特性を付与する、少なくとも2つの歪
    付与手段と、 前記歪付与手段の各々に対応して設けられ、各々対応す
    る歪付与手段の出力を減衰させる少なくとも2つの減衰
    手段と、 該少なくとも2つの減衰手段の各出力信号を加算する加
    算手段と を具備してなり、 前記少なくとも2つの減衰手段の各々における減衰量
    が、前記加算器における加算結果が該加算器の出力可能
    範囲を超えないように設定されていることを特徴とする
    ディストーション回路。
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